Entropia

Introducción

En el estudio de la Física es importante conocer los conceptos relacionados con la Entropía y la Segunda Ley de la Termodinámica, ya que constituye un parámetro fundamental para cualquier transformación que se produce en un sistema aislado o en un cambio de estado de equilibrio a otro en un sistema.

Es por ello que en este trabajo se analizarán los conceptos deentropía, el cambio de entropía para procesos reversibles para un gas ideal y todo su entorno.

También se definirá como pueden calcularse los cambios de entropía para procesos irreversibles, como por ejemplo: la conducción de calor, cambios de estado, expansión libre y los procesos de mezclado.

A su vez se explicara la relación que existe entre el concepto de entropía y el desordenmolecular, así como se detallara la relación de la Entropía con la segunda ley de la termodinámica.

Finalmente se aplicará todos estos conceptos en la solución de problemas específicos, para una mayor comprensión de dichos temas.

5. Entropía

La ley cero de la termodinámica involucra el concepto de temperatura, y la primera ley involucra el concepto de energía interna. Latemperatura y energía interna son variables de estado, es decir pueden usarse para describir el estado termodinámico de un sistema. Otra variable de estado está relacionada con la segunda ley del a termodinámica, es la Entropía (S).

La entropía fue originalmente formulada como un concepto útil en la termodinámica pero su importancia creció cuando se perfeccionó la mecánica estadística. Elcomportamiento de una sustancia se describe en términos del comportamiento estadístico de sus átomos y moléculas. Uno de los principales resultados de este tratamiento es que sistemas aislados tienden hacia el desorden y que la entropía es una medida de este desorden.

La causa de la tendencia de un sistema aislado hacia el desorden se explica con facilidad. Para hacerlo distinguimos entre microestados ymacroestados de un sistema. Un microestado es una configuración particular de los constituyentes individuales del sistema. Un macroestado es una descripción de las condiciones del sistema de un punto macroscópico de vista y hace unos de variables macroscópicas tales como la presión, densidad, y temperatura para gases.

Para cualquier macroestado dado del sistema, son posibles variosmicroestados. Se supone que todos los microestados son igualmente probables, pero cuando se examinan todos los posibles macroestados, se encuentra que los macroestados con desorden tienen mucho más microestados posibles que los asociados con el orden.

Si consideramos un sistema y su entorno para incluir todo el universo, entonces el universo siempre se mueve hacia un macroestado correspondiente amayor desorden. Como la entropía es una medida del desorden, una forma alternativa de expresar esto es que la entropía del universo aumenta en todos los procesos reales.

La formulación original de entropía en la termodinámica comprende la transferencia de energía por calor durante un proceso reversible.

Se define la entropía sobre una escala microscópica, como fue expresado porprimera vez por Clausius en 1865.
Se considera un proceso infinitesimal en el cual un sistema cambia de un estado de equilibrio a otro. Si dQ, es la cantidad de energía transferida por el calor cuando el sistema sigue una trayectoria reversible entre los estados, entonces el cambio en la entropía dS es igual a la cantidad de energía para el proceso reversible dividido entre la temperaturaabsoluta del sistema:
dQ / T = dS
Se ha supuesto que la temperatura es constante porque el proceso es infinitesimal. Ya que se ha proclamado que la entropía es una función de estado, el cambio de entropía durante un proceso depende solo de los puntos extremos y, por tanto, es independiente de trayectoria real seguida.
En cualquier transformación que se produce en un sistema...