INTRODUCCION A LA FISICA

CONTENIDO

Introducción………………………………………………………………….. i

Objetivos……………………………………………………………………… ii

6.5 Entropía………………………………………………………………….. 1 – 2

6.5.1 Cambios de entropía en procesos reversibles………………......... 3 – 4

6.6 Cambio de entropía en procesos irreversibles……………………. 5 – 6

6.6.1 Cambio de entropía en la conducción de calor…………………... 7 – 8

6.6.2 Cambio de entropía en la expansión libre………………………… 9 – 10

6.6.3 Cambio de entropía en los cambios de estado…………………… 10 – 13

6.6.4 Cambio de entropía en los procesos de mezclado………………. 14 – 15

6.6.5 Entropía y la Segunda Ley …………………………………………. 15 – 16

Preguntas y problemas de aplicación parte a………………………….... 17 – 18

Preguntas y problemas de aplicación parte b…………………………… 19 – 21

Bibliografía…………………………………………………………………... 22

Introducción

En el presente trabajo presentamos la segunda ley de la termoiónica y la entropía, asimismo hay que mencionar que existe una formulación matemática del segundo principio que hace uso de la entropía tal como , decir que la entropía es una función de estado de los sistemas.

También expresamos la segunda ley de una forma concisa en la que puede aplicarse a muchas situaciones diferentes, no solo en maquinar terminadas o frigoríficas sino que también en procesos cíclicos tal como se presentan en procesos reversibles e irreversibles.

Antes de entrar en contexto hay que saber que la entropía no es una magnitud conservativa sino que aumenta en cualquier proceso real y que el trabajo se transfiere con el calor y no con el trabajo.

Objetivos

Definir la entropía a partir teniendo presente que es una magnitud física la cual cierta parte de energía no puede realizar trabajo.

Calcular el cambio de entropía para procesos reversibles entre un gas ideal y su entorno

Calcular cambios de entropía en procesos irreversibles como: conducción de calor, expansión libre, cambios de estado, procesos de mezclado.

Explicar la relación entre entropía y el desorden molecular.

Aplicar conceptos teóricos a resolución de problemas de aplicación.

6.5 ENTROPIA

Es una magnitud física como lo es la temperatura, la presión, el volumen y la energía interna que permite, en base a ciertos procedimientos determinar la parte de la energía que no se puede utilizar para realizar trabajo. La entropía describe lo reversible en los sistemas termodinámicos.

El principio de entropía dice: “Si ocurre un proceso irreversible en un sistema cerrado, su entropía siempre aumenta; nunca disminuye”. Es por ello que la entropía no obedece una ley de conservación, no importando lo que ocurra en un sistema cerrado su energía permanecerá constante.

Algunos ejemplos sobre la entropía son:

Al fundir un cubo de hielo, debido a que el orden que guardaba la estructura cristalina se pierde al pasar a la fase liquida.

Caída de agua en una cascada, dado que la cascada no puede caer espontáneamente hacia arriba.

La entropía es una propiedad extensiva, es decir, la entropía de un sistema complejo es la suma de las entropías de las partes.

Nos referimos al cambio de entropía entre dos estados como:

La transferencia de entropía Considerando un ciclo donde uno de los procesos es irreversible y el otro es reversible podemos escribir

identificando el cambio de entropía escribimos

Transferencia de entropía cambio de entropía

(no es una propiedad termodinámica) (propiedad termodinámica)

Características asociadas a la entropía:

La entropía se define solamente para estados de equilibrio.

Solamente pueden calcularse variaciones de entropía.

La entropía de un sistema en estado se equilibrio es únicamente función del estado del sistema, y es independiente de su historia pasada. La entropía puede calcularse como una función de las variables termodinámicas del sistema, tales como la presión y la temperatura o la presión y el volumen.

La entropía en un sistema aislado aumenta cuando el sistema experimenta un cambio irreversible.

Considerar un sistema aislado que contenga 2 secciones separadas con gases a diferentes presiones. Al quitar la separación ocurre un cambio altamente irreversible en el sistema al equilibrarse las dos presiones. Pero el medio no ha sufrido cambio durante este proceso, así que su energía y su estado permanecen constantes, y como el cambio es irreversible la entropía del sistema a aumentado.

6.5.1 Cambios de entropía en procesos reversibles

Los procesos reversibles son aquellos que hacen evolucionar un sistema termodinámico desde un estado de equilibrio inicial a un nuevo estado de equilibrio final a través de diversos estados de equilibrio. En este proceso introducimos un pequeño cambio en el sistema y en su ambiente; al invertirlo, el sistema y su ambiente retornaran a su condición original.

Los procesos “reversibles” son idealizaciones “convenientes” para la descripción ordenada y simplificada de procesos que ocurren realmente en la naturaleza. Son aproximaciones y pueden  ser considerados sólo bajo ciertas condiciones o circunstancias. Se dice que un sistema que sufre un proceso reversible idealizado siempre esta muy cerca del equilibrio termodinámico dentro de si y con su entorno, es por esto que un proceso reversible es llamado proceso en cuasiequilibrio.

Suponga que un gas ideal experimenta un proceso reversible y cuasiestático desde un estado inicial con temperatura Ti, y Volumen Vi hacia un estado final Tf y Vf

Teniendo

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