Entropía

Entropía - Termodinámica

Entropía - Termodinámica

¿Qué es la entropía? La entropía (S) es una magnitud termodinámica definida originariamente como criterio para predecir la evolución de los sistemas termodinámicos.

La entropía es una función de estado de carácter extensivo. El valor de la entropía, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se da de forma natural. La entropía describe cómo es de irreversible un sistema termodinámico.

El significado de entropía es evolución o transformación. La palabra entropía proviene del griego.

La entropía en el mundo de la física

En física, la entropía es la magnitud termodinámica que permite calcular la parte de la energía calorífica que no puede utilizarse para producir trabajo si el proceso es reversible. La entropía física , en su forma clásica, es definida por la ecuación.

Ecuación de la entropía

o más simplemente, si la temperatura se mantiene constante en el proceso 1 → 2 ( proceso isotérmico ):

Así, si un cuerpo caliente a temperatura T1 pierde una cantidad de calor Q1, Su entropía disminuye en Q1 / T1, Si cede este calor a un cuerpo frío a temperatura T2 (inferior a T1)  la entropía del cuerpo frío aumenta más de lo que ha disminuido la entropía del cuerpo caliente porque

perdida de entropía

 Una máquina reversible puede, por tanto, transformar en trabajo una parte de esta energía calorífica, pero no toda.

El rendimiento que da la máquina reversible (que es el máximo que puede dar cualquier máquina) es:

Rendimiento máquina reversible

Para que toda la energía calorífica se pudiera transformar en trabajo sería necesario que, o bien el foco caliente se encontrara a una temperatura infinita, o bien que el foco frío estuviera a cero kelvinen otro caso, el rendimiento termodinámico de la máquina reversible es inferior a 1.

La expresión de la entropía es consecuencia lógica del segundo principio de la termodinámica y de la manera en que se mide la temperatura.

El segundo principio de la termodinámica dice que, si no se consume trabajo, el calor de los cuerpos calientes a los cuerpos fríos, ya sea directamente por conducción como si se hace a través de cualquier máquina.

La temperatura hay que medirla en una escala termodinámicade otro modo, la expresión de la entropía no es tan elegante y depende de la sustancia termométrica que se emplea para construir el termómetro. Al definir la escala termodinámica de temperatura, hay un grado de libertad que se puede escoger arbitrariamente. Si se impone que entre la temperatura de ebullición y la de congelación del agua haya 100 grados, se obtiene la escala Kelvin y resulta que la temperatura de congelación del agua debe ser 273 K.

Entropía y energía

Suponiendo que todo el universo es un sistema aislado, es decir, un sistema para el cual es imposible intercambiar materia y energía con el exterior, la primera ley de la termodinámica y la segunda ley de la termodinámica se pueden resumir de la siguiente manera: “la energía total del universo es constante y la entropía total aumenta continuamente hasta que alcanza un equilibrio”

Esto significa que no solo no puede crear ni destruir energía, ni puede transformarse por completo de una forma a otra sin que una parte se disipe en forma de calor.

Historia de la entropía

Rudolf Clausius fue el primero en introducir el concepto de la entopíaEl concepto de entropía se desarrolla como respuesta a la observación de un determinado hecho: hay una cierta cantidad de la energía liberada en las reacciones de combustión que se pierde debido a la disipación oa la fricción. De este modo, la energía que se pierde no se transforma en trabajo útil.

Los primeros motores térmicos como el Thomas Savery (1698), el Newcomen motor (1712) y el Cugnot de vapor de tres ruedas (1769) eran ineficientes. De la energía de entrada, sólo un 2% se convertía en energía útil. Una gran cantidad de energía útil se disipaba o se perdía en el que parecía un estado de aleatoriedad inconmensurable. Durante los próximos dos siglos los físicos investigaron este enigma de la energía perdida. El resultado de estos estudios llevó a los científicos al concepto de entropía.

El físico Rudolf Clausius fue el primero en introducirla en 1865. Desde entonces han aparecido varias definiciones de entropía. La definición de entropía más relevante es la que elaboró ​​Ludwig Boltzmann. Boltzmann relaciona el concepto de entropía con el grado de desorden de un sistema. Esta nueva perspectiva de la entropía permitió extender el concepto a diferentes campos, tales como la teoría de la información, la inteligencia artificial, la vida o el tiempo.

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Última revisión: 20 de octubre de 2017

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