Fisicoquimica

3. Entropía y temperatura

3. Entropía y temperatura
Tema: Características fundamentales de la termodinámica como ciencia hermana de la
dinámica de la materia.
3.1 Introducción
Los conceptos centrales de la termodinámica son: la entropía S, la
temperatura T y el calor Q. Mientras la temperatura es un concepto familiar a
todos y el calor, en términos generales, es aceptablemente entendido,la
entropía se considera como la “oveja negra” entre los conceptos físicos:
• En libros de texto a nivel de secundaria, casi siempre, se le suprime por
completo.
• En libros de texto introductorios a la Física, a menudo, solo se le suele
“mencionar”.
• Aun los especialistas en el campo la evitan gustosamente.
¿Porque se evita el tema de la entropía, cuando es algo más bien simple? Ella eslo que
cotidianamente consideramos como calor. Hablando en términos generales
es ese algo que se agrega a la olla de la sopa para garantizar la cocción, o
aquello que se pierde en la taza de café cuando éste se enfría. Entropía es lo
que se produce en una estufa, en un horno microondas y en una calefacción
de fuel oil. Entropía es también lo que se transporta en el agua caliente y sedistribuye en un radiador. Es lo que se conserva en las paredes aislantes de
una habitación y en un vestido de lana cuando esta ceñido al cuerpo. Desafortunadamente el
nombre “calor” fue dado a otra cantidad y de esa manera se privó a la entropía de su
significado natural, haciendo de S un concepto abstracto, de difícil manejo y entendimiento.
Para visualizar esto, queremos caracterizar la entropíamediante algunas de sus propiedades
típicas y fácilmente observables, de manera análoga a como se describe una persona buscada
mediante un conjunto de características („fenomenológicas“) que la identifiquen fácilmente
(por ejemplo la estatura, color del pelo, color de ojos, etc.). Este grupo de características es
básicamente lo que define a la persona, y su nombre es justamente la formaabreviada de
mencionar el conjunto de características. Un cartel de “SE BUSCA” de una determinada
persona es un ejemplo de cómo el conjunto de características se puede presentar de manera
extremadamente abreviada. Nuestra meta es diseñar el correspondiente “cartel de búsqueda”
para la entropía, del manera que permita definirla como una cantidad física medible. Este
conjunto de características serácimentado y fundamentado recurriendo a ideas que de hecho
son extrañas a la termodinámica macroscópica, como lo es el concepto de átomo construido
solo en el pensamiento. Para facilitar la comprensión, se tendrá presente la idea de “entropía
≈ concepto cotidiano de calor”. Después de la caracterización fenomenológica, su magnitud
se medirá directamente (sección 3.7).

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3. Entropía ytemperatura

3.2 Propiedades Macroscópicas de la Entropía
Comenzaremos con las propiedades que son significativas en nuestra experiencia cotidiana.
La entropía puede representarse como algo sin peso, que puede fluir y esta contenida en cada
cosa de nuestro mundo, en cantidades grandes o pequeñas. Ella es una propiedad de la
cantidad de materia del cuerpo, lo cual se refiere a una región delespacio y puede
básicamente ser tratada como una “sustancia”. De esta manera, ella se puede distribuir en un
área de la materia, acumularse, confinarse o de manera inversa, puede ser extraída,
descomprimida o transferida a otro objeto. En este sentido es comparable a la energía, al
momento o a la carga eléctrica. De manera análoga con estas cantidades, existe también una
densidad de entropía lacual es la cantidad de entropía referida al volumen.
La entropía cambia el estado de un objeto de manera significativa. Cuando un material
contiene poca entropía, este se percibe como frío. Si el mismo material contiene más y aun
más entropía, él puede percibirse como tibio o incluso caliente respectivamente. Aumentando
aun más la cantidad de entropía, de manera continua, el material se torna...