“Entropía y Segunda Ley de la Termodinámica”

“Entropía y Segunda Ley de la Termodinámica”

Índice                                                                                        Página

Introducción        3

Objetivos        4

Objetivo General        4

Objetivos Específicos        4

6.5 Entropía        5

6.5.1 Cambios de entropía en procesos reversibles        6

6.6 Cambios de entropía en procesos irreversibles        7

6.6.1 Cambio en entropía en la conducción del calor        8

6.6.2 Cambio de entropía en la expansión libre        10

6.6.3 Cambio de entropía en los cambios de estados        12

6.6.4 Cambio de entropía en los procesos de mezclado        14

6.6.5 Entropía y la Segunda Ley. Problemas de aplicación        15

Problemas de Aplicación         18

Bibliografía        23

Introducción

Hemos aprendido a lo largo de este curso procesos en los cuales se aplica la conservación de la energía o la conservación de la masa. Además de los procesos donde existe volumen, presión o temperaturas constantes, aplicándolo a la Primera Ley de la Termodinámica. Ahora ha llegado el momento de aplicar nuevos conceptos de la Física que nos ayuden a descifrar más misterios en nuestro Universo. Estamos ante el concepto de la entropía, definiremos en qué consiste dicho término, en qué lo podemos aplicar, y cómo afecta nuestro universo.

Al comprender el concepto de entropía podemos definir la Segunda Ley de la Termodinámica que viene relacionada directamente con éste término. Una vez definidos todos los conceptos podremos resolver los problemas propuestos ya sea de transferencia de calor, expansión libre, cambios de estado o en procesos de mezclado.

Objetivos

Objetivo General

Capacitar a los estudiantes en la Investigación Bibliográfica, para que utilizando diferentes fuentes de consulta bibliográfica y electrónica, el trabajo grupal, sus criterios y otra formas de aprendizaje, fortalezcan o adquieran nuevos conocimientos.  

Objetivos Específicos

Al concluir el trabajo de investigación el estudiante:

• Definirá entropía.
• Calculara a el cambio de entropía para procesos reversibles entre un gas ideal y su entorno.
• Calculara los cambios de entropía en procesos irreversibles como: conducción del calor, expansión libre, cambios de estado, procesos de mezclado.
• Explicará la relación entre la entropía y el desorden molecular.
• Aplicara los conceptos a la resolución de problemas.

6.5 Entropía

La entropía se define como una función de estado que al igual que la temperatura y la energía interna puede describir el estado termodinámico de un sistema. Por lo tanto la entropía se le conoce como La segunda Ley de la termodinámica.

Esta fue definida en principio por Rudolph Clausius quién hizo la siguiente afirmación:

Considere un proceso infinitesimal en un sistema entre dos estados en equilibrio. si dQr es una cantidad de energía térmica que se transferiría si el sistema hubiera seguido una trayectoria reversible, entonces el cambio en la entropía dS, independientemente de la trayectoria real seguida, es igual a la cantidad de energía térmica transferida a lo largo de la trayectoria reversible dividida entre la temperatura absoluta del sistema:

[pic 1]

"r" implica que la transferencia de energía térmica debe ser a lo largo de una trayectoria reversible, aún cuando el sistema puede en realidad haber seguido una trayectoria irreversible. Cuando la energía térmica es absorbida por el sistema  "dQ"  es positiva y la entropía crece. Por el contrario cuando la energía térmica es liberada por el sistema "dQ" será negativo y la entropía disminuirá.

Uno de los principales resultados del análisis la de entropía define que:  

Los sistemas aislados siempre tienden al desorden, y la entropía es una medida de este desorden.

Un gran ejemplo de esto es el comportamiento de los gases debido al aumento de temperatura. mientras esta aumente las partículas se mueven en direcciones diferentes a velocidades diferentes cambiando hacia estados cada vez mas desordenado.

Es fácil ver la causa de este perpetuo impulso al desorden. Para cualquier energía del sistema solo ciertos estados son posibles o accesibles. Entre dichos estados en teoría todos deberían ser igualmente probables. Sin embargo al examinarlos se encuentra que la mayor parte de ellos son estados desordenados y no ordenados y dado que cada uno de los estados es igualmente probable, lo más probable sería que el estado real será uno de los estados en desorden, dicho de otra forma, el estado real será uno en el cual el sistema se mueva entre estados de cantidades de desorden equivalentes.

Todos los procesos fisicos tienden hacia estados mas probables para el sistema y sus alrededores. El estado más probable siempre es el mayor desorden. Debido a que la entropía es una medida del desorden se puede afirmar que la entropía en el universo aumenta en todos los procesos.

Para esto debe considerarse la velocidad de las partículas. En el cero absoluto todas las partículas tienen la misma velocidad, pero en cuanto la temperatura aumenta, crece la variación en las velocidades de las de las partículas lo que provoca un aumento de desorden y por lo tanto de entropía.

6.5.1 Cambios de entropía en procesos reversibles

El cambio de entropía para un proceso reversible arbitrario entre un estado inicial y un estado final es:

[pic 2]

Debido a que la entropía es una función de estado, el cambio en la entropía de un sistema al ir de un estado a otro tiene el mismo valor para todas las trayectorias que conectan los dos estados. en otras palabras el cambio en la entropía de un sistema sólo depende de las propiedades del estado de equilibrio inicial y final.

Cuando se trata de un proceso adiabático no hay transferencia de energía térmica entre el sistema y sus alrededores, por lo cual es correcto afirmar que la diferencia de entropías es cero (dS=0). A esto se le llama proceso isentrópico.

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