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10. ENTROPÍA
1. ENTROPÍA.
2. INTERPRETACIÓN ESTADÍSTICA DE LA ENTROPÍA.
3. RELACIÓN DE LA ENTROPÍA CON LA TEORÍA DE LA INFORMACIÓN.
1. ENTROPÍA.
La función termodinámica entropía, S, se estudia con el Segundo Principio de la Termodinámica. Puede interpretarse como una medida del desorden molecular o de la distribución aleatoria de un sistema. Se dice que un sistema altamente distribuidoal azar tiene una alta entropía. Puesto que un sistema en una condición improbable tendrá una tendencia natural a reorganizarse a una condición más probable (similar a una distribución al azar), esta reorganización resultará en un aumento de la entropía. La entropía alcanzará un máximo cuando el sistema se acerque al equilibrio, alcanzándose la configuración de mayor probabilidad. La entropía esla magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. En un sentido más amplio se interpreta como la medida de la uniformidad de la energía de un sistema. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La palabra entropía procede del griego (ἐντροπία) ysignifica evolución o transformación.
La entropía coloquialmente puede considerarse como el orden de un sistema, es decir, cuán homogéneo está el sistema. Por ejemplo, si tenemos dos gases diferentes en un recipiente separados por una pared (a igual presión y temperatura) tendremos un sistema de menor entropía que al retirar la pared, donde los dos gases se mezclarán de forma uniforme,consiguiendo dentro del recipiente una mayor homogeneidad que antes de retirar la pared y un aumento de la entropía.
La variación de entropía nos muestra la variación del orden molecular ocurrido en una reacción química. Si el incremento de entropía es positivo, los productos presentan un mayor desorden molecular (mayor entropía) que los reactivos. En cambio, cuando el incremento es negativo, los productosson más ordenados. Hay un relación entre la entropía y la espontaneidad de una reacción química, que viene dada por la energía libre de Gibbs.
Esta idea de desorden termodinámico fue plasmada mediante una función ideada por Rudolf Clausius a partir de un proceso cíclico reversible. En todo proceso reversible la integral curvilínea de [pic]sólo depende de los estados inicial y final, conindependencia del camino seguido (δQ es la cantidad de calor absorbida en el proceso en cuestión y T es la temperatura absoluta). Por tanto ha de existir una función f(x) del estado del sistema, S=f(P,V,T), denominada entropía, cuya variación en un proceso reversible entre los estados 1 y 2 es:
[pic]
Téngase en cuenta que como el calor no es una función de estado se usa δQ en lugar de dQ.
La entropíafísica, en su forma clásica, es definida por la ecuación
[pic]
o más simplemente, cuando no se produce variación de temperatura (proceso isotérmico):
[pic]
donde S es la entropía, [pic]la cantidad de calor intercambiado entre el sistema y el entorno y T la temperatura absoluta en kelvin). Los números 1 y 2 se refieren a los estados iniciales y finales de un sistema termodinámico. Elsignificado de esta ecuación es el siguiente: Cuando un sistema termodinámico pasa, en un proceso reversible e isotérmico, del estado 1 al estado 2, el cambio en su entropía es igual a la cantidad de calor intercambiado entre el sistema y el medio dividido por su temperatura absoluta. De acuerdo con la ecuación, si el calor se transfiere al sistema, también lo hará el grado de entropía. Si la temperaturaaumenta, la entropía disminuye. Y viceversa.
Las unidades de la entropía, en el Sistema Internacional, son el J/K (o Clausius) definido como la variación de entropía que experimenta un sistema cuando absorbe el calor de 1 Julio (unidad) a la temperatura de 1 Kelvin. Cuando el sistema evoluciona irreversiblemente, la ecuación de Clausius se convierte en una inecuación:
[pic]
Siendo el...