Entropia termodinamica

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Introducción

Un proceso es reversible si, después de que ocurre, tanto el sistema como entorno pueden, por cualquier medio posible, regresar a sus estados original. Cualquier otro proceso se conoce como irreversible.

Los procesos reversibles son importantes porque proporcionan el trabajo Máximo para dispositivos que producen trabajo, y el trabajo mínimo de entrada a di positivos queabsorben trabajo para operar. Para estos dispositivos y muchos otros, los procesos reversibles son normas de comparación. Para determinar si i proceso es reversible, es necesario aplicar la segunda ley.

Muchos otros efectos tales como un flujo de corriente eléctrica a través de una resistencia son también irreversibles pero no se describen aquí. En todos los casos, la prueba de reversibilidadinvolucra la aplicación de la segunda ley de la termodinámica.

ENTROPÍA

El primer paso en la consideración de la propiedad que llamamos entropía es establecer la desigualdad de Clausius, esto es:

[pic]

Esta desigualdad es valida para todos los ciclos posibles, esto incluye a las maquinas térmicas, reversibles e irreversibles, y refrigeradores, el símbolo [pic]se usa para indicar que laintegración será realizada durante el ciclo entero, por lo tanto la desigualdad de Clausius puede considerarse como la suma de todas la cantidades diferenciales de transferencia de calor dividida por la temperatura en la frontera, en consecuencia la cantidad [pic] representa una propiedad en la forma diferencial

Clausius comprendió en 1865 que él había descubierto una nueva propiedadtermodinámica y decidió nombrarla entropía, la cual esta designada por:

[pic] (kJ/kg)

La entropía es una propiedad extensiva de un sistema y a veces es llamada entropía total, mientras que la entropía por unidad de masa s es una propiedad intensiva y tiene la unidad kJ/kg. K. generalmente, el termino entropía es usado para referirse a ambas: a la total y a la de por unidad de masa, ya que el contextonormalmente esclarece de cual se trata.

El cambio de entropía de un sistema durante un proceso puede determinarse integrando la ecuación antes mencionada entre los estados inicial y final:

[pic]int rev (kJ/kg)

Obsérvese que la entropía es una propiedad y, al igual que las otras propiedades, tiene valores fijos en estados fijos. Por consiguiente, el cambio de entropía ∆Sentre dos estados específicos es el mismo sin importar que trayectoria, reversible o irreversible, se sigue durante un proceso.

La entropía puede verse como una medida de desorden molecular o aleatoriedad molecular. Cuando un sistema se vuelve más desordenado, las posiciones de las moléculas son menos predecibles y la entropía aumenta, de ahí que no sorprenda que la entropía de una sustancia seamás baja en la fase sólida y más alta en la gaseosa. En la sólida las moléculas de una sustancia oscilan continuamente en sus posiciones de equilibrio, pero le es imposible moverse una respecto con las otras, por lo que su posición puede predecirse en cualquier momento con certeza. Sin embargo, en la gaseosa las moléculas se mueven al azar, chocan entre si y cambian de dirección, lo cual hacesumamente difícil predecir con precisión el estado microscópico de un sistema en cualquier instante. Asociado a este caos molecular se encuentra un valor alto de entropía.

La entropía de una sustancia pura cristalina con una temperatura absoluta de cero es cero, a partir de que no hay incertidumbre sobre el estado de las moléculas en ese momento. Esta declaración es conocida como la tercera leyde la termodinámica, la cual proporciona un punto de referencia absoluto para la determinación de entropía. La entropía determinada como relativa en este punto se llama entropía absoluta y es sumamente útil en el análisis termodinámico de las reacciones químicas.

La entropía de una sustancia que no es pura cristalina (como una solución solida) no es cero a temperatura absoluta cero. Esto se...
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