Entropia

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD ZACATENCO

TERMODINAMICA II

TRABAJO 3: DIFERENTES TIPOS DE ENTROPIA

INTRODUCCION

La entropía es un concepto fascinante, cuyas implicaciones y aplicaciones no se limitan al ámbito técnico y científico.
La palabra entropía se deriva del vocablo griego trope, que quiere decirtransformación. La entropía es una función termodinámica que se designa por la letra S. El físico alemán Rudolph Clausius descubrió la función S en 1854 y la denominó contenido de la transformación (Verwandlinginhalt).
Posteriormente, en 1865 el mismo Clausius la renombró como entropía. Las conclusiones de Clausius se basaron en el estudio que hizo sobre el trabajo del ingeniero francés Sadi Carnot, quienen 1824 publicó “La potencia motriz del fuego”, una investigación sobre los principios que regían la transformación de la energía térmica (calor) en energía mecánica (trabajo). De aquí el nombre que Clausius le dio a la función S.
La entropía es un concepto complejo, “sin ningún análogo físico sencillo” Hougen et. al. sugieren que el concepto físico de la entropía puede formularse como:“La entropía es una propiedad intrínseca de la materia caracterizada porque su valor se incrementa al crecer la ineficacia de la energía total del sistema”
Afirmar que se trata de una propiedad intrínseca de la materia implica que su valor depende únicamente de la naturaleza de la materia considerada, sin importar su posición externa o su movimiento con respecto a otros cuerpos. Así, porejemplo, la entropía de un cilindro que contiene aire a 25 °C y 500 kPa es la misma, independientemente de que el cilindro se encuentre ubicado en la planta baja o en el último piso de un rascacielos.
Obsérvese que se requiere definir el estado en que se encuentra la materia (condiciones de temperatura y presión) para cuantificar la magnitud de la entropía. Esto se explica con más detalle cuando semencionan las características de la entropía entendida como una magnitud termodinámica.

DIFERENTES TIPOS DE ENTROPIA

La segunda ley de la termodinámica conduce a la definición de una nueva propiedad llamada entropía que es una medida cuantitativa de desorden microscópico para un sistema. La segunda ley de la termodinámica conduce frecuentemente a expresiones que involucran desigualdades.Por ejemplo, una maquina térmica irreversible(es decir, real) es menos eficaz que otra reversible que opera entre los mismos dos depósitos de energía térmica. Igualmente, un refrigerador irreversible o una bomba de calor tienen un coeficiente de funcionamiento (COP) menor que otro reversible que funciona entre los mismos límites de temperatura. Otra desigualdad importante que tiene mayoresconsecuencias en la termodinámica es la desigualdad de Clausius, establecida por primera vez por el físico alemán R.J.E. Clausius (1822-1888), uno de los fundadores de la termodinámica. Este proceso se expresa como:

Es decir, la integral cíclica de ΔQ/T siempre es menor o igual a cero. Esta desigualdad es válida durante todos los ciclos, tanto reversibles como irreversibles. Cualquiertransferencia de calor hacia o desde un sistema consiste en cantidades diferenciales de transferencia de calor.
Para demostrar la validez de la desigualdad de Clausius, considere un sistema conectado a un depósito de energía térmica con una temperatura termodinámica constante (es decir absoluta) Tg a través de un depósito cíclico reversible. Como se muestra en la figura.

El sistema produce trabajocomo resultado de esta transferencia de calor. Si se aplica el balance de energía al sistema combinado identificado por las líneas punteadas se obtiene:



Donde δWc es el trabajo total del sistema combinado (δWrev +δWsis) y dEc es el cambio en la energía total del sistema combinado. Considerando que el dispositivo cíclico es reversible, tenemos...