ENTROPIA La aplicación de la segunda ley de la termodinámica

ENTROPÍA

La aplicación de la segunda ley de la termodinámica origina un concepto conocido como entropía. Este concepto es sumamente difícil de definir puesto que es un tanto abstracto. La mejor manera para explicar en qué consiste es proporcionar ejemplos en los que la entropía juega un rol importante, y de este modo formar poco a poco una idea de lo qué es la entropía.

De cierto modo se podría decir que la entropía se deriva de un postulado o ley conocida como la “desigualdad de Planck” que fue establecida por el físico alemán R.J.E. Clasius (1822-1888).

Entonces, la integral cíclica de la diferencial del calor sobre la temperatura es igual o menor a cero. Dicha desigualdad es válida para todos los procesos termodinámicos, reversibles o irreversibles. En otras palabras, esto nos dice que el resultado de integrar todas las cantidades infinitesimales de calor en un ciclo desde el principio de este hasta su fin, es igual o menor a cero.

Una ejemplificación del ciclo de Clasius consiste en imaginar un depósito de energía conectado a un sistema mediante un dispositivo cíclico reversible. El depósito suministra una cantidad ∂QR de calor al dispositivo cíclico, este a su vez da a al sistema una cantidad de calor ∂Q. El dispositivo produce una cantidad de trabajo Wrev y el sistema una cantidad de trabajo Wsis..Del balance de energía se tiene que ∂Wc= ∂QR -dEc (wc= WSIS + WREV).

Dado que es un proceso reversible ∂QR/TR=∂Q/T, de aquí se sustituye en la ecuación anterior y se tiene que ∂WC=(∂Q/T)TR - dEc

Ahora si esta ecuación se aplica a un ciclo se tendrá que Wc = TR∮(∂Q/T) Ya que durante un ciclo el cambio de energía equivale a cero. Del enunciado de Kelvin-Planck se sabe que ningún dispositivo cíclico conectado a un solo depósito de energía puede producir un trabajo neto de salida, por ende el trabajo debe ser de entrada y negativo.

Si ninguna irreversibilidad ocurre dentro del sistema o dentro del dispositivo cíclico reversible, se puede decir que el proceso es internamente reversible y por lo tanto se puede invertir. Al realizar esto todas las cantidades permanecerán iguales en cuanto a su magnitud pero su signo cambiará a negativo u positivo según sea el caso. Ya que en el caso ordinario el trabajo no puede ser positivo y en el caso invertido no puede ser negativo, se procede a definir que:

∮(∂Q/T) = 0 para un ciclo internamente reversible.

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