= Entropía
La primera ley mediante la conservación de la energía pone límites, dentro de los cuales debe desarrollarse un proceso. Sin embargo existen procesos que no violarían la ley de l conservación de la energía, pero que no ocurren en la naturaleza. Si por ejemplo, se coloca una esfera con 300K en un recipiente con agua fría a 275K, entonces fluye calor hacia el agua hasta que ambos tengan la misma temperatura:
Pero hasta ahora nunca sucedió, que fluye calor un sistema frío a uno cálido, lo que aumentaría aún más la diferencia de temperatura. La esfera a 300 K no es calentada a 400 K mientras que el agua debería descender a 175:
Como otro ejemplo de puede observar una esfera de pasta que cae sobre una tabla:
Por el impacto se calienta la esfera (de 293 a 298 K).
Pero hasta ahora nunca ha sucedido que una bola de pasta, por enfriamiento salte repentinamente hacia arriba:
Pero esto no se contradiría con la 1ª ley, ya que esta sólo dice, que la suma de las energías siempre debe ser la misma, y en un proceso como este, esto sería así. Para poder hacer una afirmación como esta, en qué dirección se desplaza un proceso, se necesita una ecuación, que se refiere al estado inicial de un sistema y la restricción ejercida sobre el mismo. Sistemas aislados siempre tienden al equilibrio. En esto una de las magnitudes debe ser la fuerza motriz. En 1850 fue llamado Entropía S por Clausius. La 1ª ley describe la función de la energía U y la 2ª ley la función de entropía. Al igual que la energía U, también l 2ª ley es un es6tado de función.
La entropía total en un sistema aislado nunca puede disminuir, es decir, sólo puede aumentar, o permanecer constante. Un sistema no se puede alterar, una vez que la entropía haya alcanzado su valor máximo, el sistema se encuentra equilibrado.
en un sistema cerrado que está en equilibrio vale:
Umgebung = Entorno
Una reacción como esta debe proceder bajo la absoluta reversibilidad. Reversibilidad total significa, que la reacción debe ejecutarse infinitamente lenta, para que en todas las partes existan la misma temperatura y presiones. Por ejemplo, las moléculas de un gas se arremolinan en un gas que se expande, formando con esto turbulencias, de manera que una reversibilidad de este proceso se hace imposible. Si en cambio se expande en forma infinitamente lenta, de manera que no se producen turbulencias, entonces una reversibilidad podría ser posible.
Con esto se puede ver, que en una reacción reversible es un caso ideal, que a veces es casi alcanzado, pero que en la realdad nunca puede ser logrado totalmente.
Sin embargo la reversibilidad es tratada teóricamente. Se dice, que en un sistema cerrado en al cual la temperatura y la presión se mantienen igualadas, un proceso reversible espontáneo tiene la siguiente variación de entropía:
A la temperatura T el sistema absorbe la cantidad de calor Qrev. (= cantidad de calor en el proceso reversible).
De esto se concluye que el cambio de entropía del entorno se define de la siguiente manera
Todos los procesos pueden ser ordenados
como reversibles o irreversibles. Irreversible significa, que el desarrollo del
proceso exacto ya no es posible revertirlo. En estos casos la entropía siempre
aumenta, por esto su cambio se define así:
La 2ª ley describe la dirección de la conversión de la energía. Si por ejemplo se observa un recipiente cerrado, en el cual se encuentran encerrados dos gases. Entonces esto con el tiempo se van a mezclar de forma uniforme, es decir, un estado de mayor desorden y con esto adquirir un estadio de mayor entropía. El estado de mayor entropía es entonces, el estado más probable. De la 2ª ley se concluye que no es posible que el calor sea transmitido de un ambiente de menor temperatura a un ámbito de mayor temperatura, si no se realiza un trabajo.
Perpetuum mobile
La 2ª ley tiene aun otra significancia para la termodinámica. Una máquina que realiza trabajo vulnerando la 2ª ley, es llamado “perpetuum moble de 2ª clase”. Esto, por ejemplo, sería una máquina que podría absorber calor de un entorno más frío y realizar un trabajo en un ambiente más caliente. Empero, según la 2ª esto no es posible. Una máquina, que por ejemplo trasnforma la reserva de calor del mar en trabajo no puede existir.
Planck propuso ponerle a este hecho ”a prohibición del perpetuum mobile de 2ª clase”
Datos históricos
El científico Sir Kelvin formuló:
“Es imposible, construir una máquina que trabaja cíclicamente, que no tiene ningún otro efecto, que la extracción de calor de un recipiente y realizar una cantidad igual de trabajo”
R.J. E. Clausius 1854, ley del aumento de
la entropía:
“En cada proceso natural aumenta la entropía”
Además proviene de él:
“No es posible construir una máquina que trabaja cíclicamente, que no produce otro efecto que transportar calor de una cuerpo más fría a otro más caliente”
Y el sumario de la 1ª y 2ª ley:
“La energía del universo es constante, la entropía siempre tiende hacia el máximo, la 1ª ley es la ley de la conservación de la energía y por lo tanto una ley simétrica. La 2ª ley no es una ley simétrica, y expresa un principio que destruye la simetría del universo, a ser que exige una determinada dirección de su variación."
“En cada proceso natural aumenta la entropía”
Además proviene de él:
“No es posible construir una máquina que trabaja cíclicamente, que no produce otro efecto que transportar calor de una cuerpo más fría a otro más caliente”
Y el sumario de la 1ª y 2ª ley:
“La energía del universo es constante, la entropía siempre tiende hacia el máximo, la 1ª ley es la ley de la conservación de la energía y por lo tanto una ley simétrica. La 2ª ley no es una ley simétrica, y expresa un principio que destruye la simetría del universo, a ser que exige una determinada dirección de su variación."
Fuente: http://www.uni-ulm.de
Traducido del alemán por A. Gundelach, Septiembre 2012
Traducido del alemán por A. Gundelach, Septiembre 2012
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