Entropia y ley de los gases

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INTRODUCCION

Se ha hablado anteriormente de los diferentes procesos termodinámicos que involucra la primera ley de la termodinámica, en la cual se establecen los procesos isobáricos, isovolumetricos, isotérmicos, etc. Este trabajo desarrollara una temática un poco más profunda con respecto a los fenómenos termodinámicos que se generan en los sistemas de gases ideales, como lo es los diferentesprocesos que genera la entropía.

El segundo principio de termodinámica suministra un medio de predecir si un proceso determinado puede tener lugar bajo condiciones específicas. El primer principio indica solamente que en todo proceso hay una equivalencia exacta entre las diversas formas de energía comprometidas, pero no suministra información sobre la factibilidad del proceso. En general, elsegundo principio da una respuesta a la pregunta de si un proceso termodinámico determinado es o no posible.

En el presente documento vamos a introducir el concepto de entropía, una función de estado de capital importancia en termodinámica. Se estudiará el segundo principio de la termodinámica, comenzando por los enunciados clásicos, para formularlo después, matemáticamente, en función de laentropía. Trataremos algunas consecuencias del segundo principio, como la relación entre la entropía y el orden y desorden de los sistemas, la desigualdad de Clausius y la aplicación del segundo principio a la predicción de la espontaneidad de las reacciones químicas.

Al mismo tiempo se presentan diversos problemas de aplicación en donde se pondrán en práctica los diferentes términos queteóricamente se irán ilustrando.

6.5 ENTROPIA

La ley cero de la termodinámica se relaciona con el concepto de temperatura, y la primera ley se relaciona con el concepto de energía interna. Ambos, temperatura y energía interna son variables de estado, es decir, pueden ser utilizadas para describir el estado termodinámico de un sistema. La segunda ley de la termodinámica se relaciona con una variabletermodinámica llamada entropía S.

El término de entropía fue formulado originalmente como un concepto útil en la termodinámica para referirse a la medida del desorden de un sistema aislado. Este concepto puede comprenderse mejor si se considera una situación como la siguiente:

Si pensamos en un numero n de moléculas de gas presentes en el aire dentro de una habitación, y que la mitad deestas moléculas tienen vectores de velocidad de igual magnitud dirigidos hacia la izquierda y la otra mitad de las moléculas tienen vectores de velocidad de igual magnitud dirigidos hacia la derecha, estaríamos frente a una situación bastante ordenada. Sin embargo, la realidad es que las moléculas en un gas se mueven de manera azarosa y en todas las direcciones, colisionando unas con otras ycambiando sus velocidades, unas yendo más rápido que otras. Esta última situación se vuelve extremadamente desordenada e incontrolable.

La entropía al inicio del experimento (cuando las moléculas se encuentran ordenadas) es baja, puesto que puede distinguirse entre las moléculas que están orientadas hacia la izquierda y las que están orientadas hacia la derecha. A medida que avanza el tiempo laentropía del sistema va aumentando ya que las moléculas comienzan a comportarse de manera azarosa y no puede distinguirse un orden definido.

La manera de poder estimar la entropía de un sistema es medirla respecto a sus condiciones finales e iniciales, por lo tanto, la entropía no está definida como una cantidad absoluta S, sino como una diferencia entre la entropía final e inicial del sistema. Asípues, la entropía nos permite calcular el cambio que ha experimentado el sistema a través de un proceso.

En términos prácticos, la entropía es una función de estado S que puede representarse como un dS. Esta cantidad recibe el nombre de entropía del sistema y matemáticamente se representa de la siguiente manera:

dS=dQT

Esta ecuación establece que la variación de entropía de un...
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