Entropia

Entropía
[La formulación matemática de la segunda ley, debida a Clausius (1865), introduce una nueva función de estado, la entropía, definida como

(1.6)
donde SA es el valor (arbitrario) que asignamos a la entropía del estado de referencia A, T es la temperatura absoluta y dqrev es el calor intercambiado en un proceso irreversible ideal. (Jou y Llebot, 9-10)]
[Existe una propiedadllamada entropía S, la cual es una propiedad intrínseca de un sistema, funcionalmente relacionada con las coordenadas mensurables que caracterizan el sistema. Para un proceso reversible, los cambios en esta propiedad están dados por:

(2.1)

(Abbott y Vanness, 33)]
[Denominaremos a (2.1) relación termodinámica fundamental. Es una relación muy importante y útil que puede escribirse de muchasmaneras equivalentes, como
TdS = Q = dU - W (33)
(utilizando la primera ley).
Si el único parámetro externo de relieve es el volumen V del sistema, entonces el trabajo realizado sobre el mismo es W = -pdW si su presión media es p. En este caso (33) se reduce a
TdS = dU + pdW (34)
(Berkeley, 5, 289)]
Segunda ley de la termodinámica
[El cambio de entropía de cualquier sistema y suambiente considerados como un todo, es positivo y se aproxima a cero para cualquier proceso que se aproxime a la reversibilidad... Todos los procesos naturales dan por resultado un incremento de la entropía total. La expresión matemática de la segunda ley es simplemente:
Stotal  0
(Abbott y Vanness, 33)]
[La segunda ley afirma que en un sistema aislado el paso desde un estado A a un estado Bsólo es posible si SB  SA y que es imposible en sentido contrario. En el caso que SB = SA es posible pasar tanto de A a B como de B a A, y el proceso se denomina reversible. (Jou y Llebot, 10)]

Motores y bombas térmicas
Se definen los motores térmicos como los dispositivos que producen trabajo mediante un proceso de intercambio de calor entre dos recipientes, no obstante el cualpermanece sin cambios.

fig. 1
Considérese el motor térmico de la fig.1. La variación de entropía para el sistema total es
ST = SC + SF + SM
dado que la entropía del motor no varia al ser éste cíclico, SM = 0, entonces

(1)
Para el motor, la primera ley da
UM = QC - QF - W
y puesto que UM,
W = QC - QF (2)
combinando (1) y (2) para eliminar QC tenemos
W + QF = -TC (ST - QF /QF)
y reagrupando, queda en
W = -TCST + QF (TC / TF - 1) (3)
Si suponemos el caso límite en que los procesos son reversibles, es decir, ST = 0, entonces (3) se reduce a
W = QF (TC / TF - 1) (4)
Entonces, para que el mecanismo realice trabajo, W > 0, es necesario que
QF > 0
TC > TF
es decir, es necesario que se disipe una cierta cantidad de calor al depósito externo (entorno) yque la temperatura del depósito interno (fuente de calor) sea superior a la temperatura del depósito externo, incluso en la condición límite de reversibilidad. Es imposible convertir completamente el calor en trabajo, ya que una parte del calor utilizado debe ser disipado (perdido) al exterior, sin posibilidad de realizar trabajo con él.
[Esta observación con respecto a los motores térmicos es tanbásica que su enunciado formal, a menudo, se considera como una expresión alterna de la segunda ley de la termodinámica: Es imposible construir un motor que, al funcionar en ciclos, no produzca un efecto que no sea la extracción de calor de un depósito y la realización de una cantidad equivalente de trabajo. Este es el enunciado Kelvin/Planck de la segunda ley. Todos los motores térmicos debendisipar parte del calor que absorben y los recipientes naturales de calor disponibles para absorber este calor disipado son la atmósfera, los lagos, ríos y océanos. Las temperaturas de éstos son del orden de 300 K.
Los recipientes de calor prácticos a TC son objetos como por ejemplo: hornos y los reactores nucleares mantenidos a altas temperaturas mediante la combustión de energéticos fósiles y...