Entropía Entropy

Entropía

Entropy

Henry Giampiere Reyna Ramos

Escuela de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería Química, Universidad Nacional de Trujillo. Av. Juan Pablo ll s/n, Ciudad Universitaria, Trujillo, Perú.

*Autor correspondiente: hreyna@unitru.edu.pe (H. Reyna)

Fecha de recepción: 07 06 2018. Fecha de aceptación: 21 06 2018

RESUMEN

El siguiente trabajo se realiza con el objetivo de entender el concepto de Entropía (S), un concepto muy utilizado en termodinámica.

Además se pretende señalar las diferentes ecuaciones para cada tipo de proceso.

Para entender la Entropía se deben tener conceptos previos de calor, trabajo, presión, tipos de procesos y otros conceptos más anteriores a la Segunda Ley de la Termodinámica.

Al finalizar la teoría sobre entropía se verán unos ejercicios para su mejor entendimiento.

Palabras Clave: calor, trabajo, segunda ley de la termodinámica, proceso cíclico, proceso reversible, proceso irreversible, ciclo de Carnot

ABSTRACT

The following work is carried out with the aim of understanding the concept of Entropy (S), a concept widely used in thermodynamics.

It is also intended to indicate the different equations for each type of process.

To understand Entropy, one must have previous concepts of heat, work, pressure, types of processes and other concepts that predate the Second Law of Thermodynamics.

At the end of the entropy theory you will see some exercises for your better understanding.

Keywords: heat, work, second law of thermodynamics, cyclic process, reversible process, irreversible process, Carnot cycle

INTRODUCCIÓN

La segunda ley de la termodinámica tiene una forma un tanto distinta de la de muchas leyes físicas que ya conocemos. No es una ecuación ni una relación cuantitativa, sino un planteamiento de imposibilidad. No obstante, sí podemos expresar esta ley como una relación cuantitativa empleando el concepto de entropía (S).

Varios procesos se efectúan naturalmente en la dirección de desorden creciente. El flujo de calor irreversible aumenta el desorden porque las moléculas inicialmente están acomodadas en regiones más calientes y más frías; este ordenamiento se pierde cuando el sistema alcanza equilibrio térmico. La adición de calor a un cuerpo aumenta su desorden.

La entropía es una función de estado (solo depende de los estados inicial y final del proceso) de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se da de forma natural.

La entropía es aquella energía que no es utilizable ante el advenimiento de un proceso termodinámico, por ejemplo, la puesta en circulación de una determinada cantidad de energía a partir de la reacción de uno o más elementos. Esto quiere decir que, la entropía es la energía que resulta desechable ante un proceso termodinámico, aquella energía que no es utilizada y que por tanto no es considerada útil para tal proceso.

Esta idea de desorden termodinámico fue plasmada mediante una función ideada por Rudolf Clausius a partir de un proceso cíclico reversible. En todo proceso reversible la integral de línea de

      (1)[pic 1]

sólo depende de los estados inicial y final, con independencia del camino seguido (∂Q es la cantidad de calor absorbida en el proceso en cuestión y T es la temperatura absoluta). Por tanto, ha de existir una función del estado del sistema, denominada entropía, cuya variación en un proceso reversible entre los estados 1 y 2 es:

∆S = S2 – S1 =     (2)[pic 2]

La ecuación (2) se cumple para todo proceso reversible isotérmico.

La entropía tiene unidades de energía entre temperatura; por lo tanto la unidad de entropía en el SI será J/K.

Puesto que la entropía sólo es función del estado de un sistema, también podemos calcular cambios de entropía en procesos irreversibles (sin equilibrio). Basta con inventar una trayectoria que conecte los estados inicial y final dados, y que sí consista totalmente en procesos reversibles que llevan al equilibrio, y calcular el cambio de entropía total para esa trayectoria. No será el verdadero camino, pero el cambio de entropía debe ser el mismo.

ENTROPÍA EN PROCESOS CÍCLICOS

Todo sistema cerrado que experimenta un ciclo de Carnot obedece a la ecuación:

    (3)[pic 3]

Se deduce que, cuando un sistema experimenta un proceso reversible que lo lleva de un estado 1 hacia cualquier otro estado 2, el cambio de entropía del sistema es independiente del camino. Si el cambio de entropía para el camino A fuera diferente del cambio para el camino B, el sistema podría llevarse por el camino A y regresar por el B al punto de partida, con un cambio neto de entropía distinto de cero. Esto violaría la conclusión de que el cambio total de entropía en semejante proceso cíclico debe ser cero. Puesto que el cambio de entropía en tales procesos es independiente del camino, se concluye que, en cualquier estado dado, el sistema tiene un valor definido de entropía que sólo depende del estado, no de los procesos que lo llevaron a él.

LA ENTROPÍA DE UNA SUSTANCIA PURA

La entropía es una propiedad extensiva de un sistema. Los valores de entropía específica (entropía por unidad de masa) se dan en tablas de propiedades termodinámicas de la misma manera que el volumen específico y la entalpía específica. Las unidades de entropía específica en las tablas de vapor, tablas de refrigerante y tablas de amoniaco son kJ / kg K, y los valores se dan con relación a un estado de referencia arbitrario. En las tablas de vapor, la entropía del líquido saturado a 0.01 ° C tiene el valor de cero. Para muchos refrigerantes, a la entropía del líquido saturado a -40 ° C se le asigna el valor de cero.

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