Termodinamica

Alumno: José Luis Mendoza Mora

Maestro: Pedro Díaz

Materia: Física 2

Tema: 2nda ley termodinámica

Fecha: 13 de agosto del 2010

Segunda Ley de la Termodinámica - Las leyes del Poder del Calor

La Segunda Ley de la Termodinámica es una de la tres Leyes de la Termodinámica. El término "termodinámica" viene de dos palabras raíces: "termo," que significa calor, y "dinámica," quesignifica poder. Por esto, las Leyes de la Termodinámica son las leyes del "Poder del Calor." Hasta donde sabemos, estas leyes son absolutas. Todas las cosas en el universo observable son afectadas y obedecen las Leyes de la Termodinámica.
La cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo.
La segunda ley de la termodinámica ha sidoexpresada de muchas maneras diferentes. Sucintamente, la termodinámica clásica la ha expresado así:
«Es imposible un proceso cuyo único resultado sea la transferencia de energía en forma de calor de un cuerpo de menor temperatura a otro de mayor temperatura».
Enunciado de Clausius.
«Es imposible todo proceso cíclico cuyo único resultado sea la absorción de energía en forma de calor procedente de unfoco térmico (o reservorio o depósito térmico), y la conversión de toda ésta energía en forma de calor en energía en forma de trabajo».
Enunciado de Kelvin-Planck.
Visualmente, el segundo principio se puede expresar imaginando una caldera de un barco de vapor. Ésta no podría producir trabajo si no fuese porque el vapor se encuentra a temperaturas y presión elevadas comparados con el medio que larodea.
Matemáticamente, se expresa así:

donde S es la entropía y el símbolo de igualdad sólo existe cuando la entropía se encuentra en su valor máximo (en equilibrio)
Entropía en mecánica estadística
Si para un sistema de partículas en equilibrio térmico se conoce la función de partición Z, dada por los métodos de la mecánica estadística clásica se puede calcular la entropía mediante:Donde kB es la constante de Boltzmann, T la temperatura y las probabilidades Pj que aparecen en el sumatorio vienen dadas por la temperatura y la energía de los microniveles de energía del sistema:

Entropía de Von Neumann en mecánica cuántica
En el siglo XIX el concepto de entropía fue aplicado a sistemas formados por muchas partículas que se comportan clásicamente, a principios del siglo XXVon Neumann generalizó el concepto de entropía para sistemas de partículas cuánticas, definiendo para un estados mezcla caracterizado por una matriz densidad ρ la entropía cuántica de Von Neumann como la magnitud escalar:

Entropía generalizada en Relatividad general
El intento de extender el análisis termodinámico convencional al universo entero, llevó a examinar a principios de los 70 elcomportamiento termodinámico de estructuras como los agujeros negros. El resultado preliminar de dicho análisis reveló algo muy interesante, que la segunda ley tal como había sido formulada convencionalmente para sistemas clásicos y cuánticos podría ser violada en presencia de agujeros negros. Sin embargo, los trabajos de Jacob D. Bekenstein sobre teoría de la información y agujeros negros sugirieronque la segunda ley seguiría siendo válida si se introducía una entropía generalizada (Sgen) que sumara a la entropía convencional (Sconv), la entropía atribuible a los agujeros negros que depende del área total (A) de agujeros negros en el universo. Concretamente esta entropía generalizada debe definirse como:

Donde, k es la constante de Boltzmann, c es la velocidad de la luz, G es laconstante de gravitación universal y es la constante de Planck racionalizada.

Segunda Ley de la Termodinámica - Entropía en Aumento

La Segunda Ley de la Termodinámica es comúnmente conocida como la Ley de la Entropía en Aumento. Mientras que la cantidad permanece igual (Primera Ley), la calidad de la materia/energía se deteriora gradualmente con el tiempo. ¿Por qué? La energía utilizable es...