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Termodinámica.
Transformación de la energía

Energía térmica i combustión.
Efectos de la termodinámica 

Entropía

¿Qué es la entropía?

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

¿Qué es la entropía?

La entropía es una función de estado de carácter extensivo. El valor de esta magnitud física, 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.

La palabra entropía proviene del griego y significa evolución o transformación.

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.

¿Qué es 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

¿Qué es la 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:

¿Qué es la entropía?

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  kelvin; en 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 termodinámica; de 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.

¿Por qué no es posible conocer la entropía absoluta?

En el mundo real no es posible determinar la entropía absoluta de un sistema por qué sería necesario poder llegar al 0 absoluto.

Para llegar al 0 absoluto, el sistema primero debe enfriarse a cero absoluto para que las moléculas ya no se muevan y, además, las moléculas deben estar en el estado más estable. En ese caso específico, la entropía absoluta es igual a cero (tercera ley de la termodinámica).

Tercera ley de la termodinámica: "La entropía de un cristal perfecto se aproxima a cero cuando T se acerca a cero (pero no existen cristales perfectos)."

El cambio de este estado estable en 0 kelvin al punto de partida da la entropía absoluta. A partir de aquí, al aumentar la temperatura aumentará la entropía.

Afortunadamente, desde un punto de vista práctico, generalmente es suficiente calcular la variación de entropía. Calcular las diferencias es más fácil conseguirlo experimentalmente.

La variación de temperatura se calcula utilizando la capacidad de calorífica: la integral del cociente de capacidad de calor y temperatura sobre el área de cambio de temperatura.

¿Qué relación existe entre 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.

¿Cómo y quién descubrió el concepto de entropía?

¿Qué es la entropía?El 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.

Investigaciones en los primeros motores térmicos

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.

Primeras apariciones del concepto 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.

Referencias

Autor:

Fecha publicación: 24 de marzo de 2017
Última revisión: 16 de abril de 2020