LA ENTROPÍA EN EL UNIVERSO

Todo comienza por el teorema que Clausius que dicta:

“En cualquier transformación cíclica a través de la cual la temperatura está perfectamente definida se cumple la siguiente desigualdad

Donde la integral se extiende sobre un ciclo de la transformación. La transformación se cumple si la transformación es cuasi estática

(reversible)”

Es común escuchar que un proceso es

irreversible o como Clausius lo

llamó, cuasi estático. Esto quiere decir

que la interacción del sistema con otro, es tan lento que permanece próximo al equilibrio en todas las fases del proceso. Por lo tanto, con esto podemos definir la entropía (𝑆) como una función de estado donde la diferencia de entropía entre dos estados de equilibrio (1 𝑦 2) es:

Donde 𝑇 es la temperatura termodinámica de la frontera y 𝛿𝑄 es la diferencial del calor que se transfiere entre el sistema y sus alrededores. Y con estas expresiones podemos decir que:

• El cambio de entropía de un sistema cerrado durante un proceso irreversible es mayor

que la integral de 𝛿𝑄/𝑇

evaluada para ese proceso.

• En el caso límite de un proceso reversible, estas dos cantidades se vuelven iguales.

En resumen, cuando 𝑆2 − 𝑆1 es igual a la integral de 𝛿𝑄/𝑇 se trata de un proceso internamente reversible y cuando es una desigualdad es un proceso irreversible.

LA ENTROPÍA EN EL UNIVERSO

Primero, la entropía es generada por procesos irreversibles. En estos procesos, el desempeño de los sistemas se degrada debido a las irreversibilidades del proceso y la entropía es una medida de la magnitud de irreversibilidades presentes. Entonces a mayor magnitud de irreversibilidades, mayor generación de entropía. Por consiguiente, la generación de entropía puede usarse como una medida cuantitativa de irreversibilidades asociadas al proceso, y para establecer el criterio a emplearse en el diseño de dispositivos.

¿Por qué la entropía del universo siempre está aumentando? Bueno, a esto de le conoce como el PRINCIPIO DE INCREMENTO DE ENRTOPÍA.

La entropía es una propiedad extensiva de un sistema, por lo que la entropía total es la suma de las entropías de las partes de un sistema (incluyendo subsistemas). Todos los procesos que ocurren en un sistema producen entropía, ya que ningún proceso real es verdaderamente reversible. Entonces, consideramos al universo como un sistema aislado en el cual ocurren millones de nuevos procesos irreversibles, los cuales, a su vez, generan entropía, y como la entropía generada nunca es negativa, se suma a la entropía ya existente. Y por eso esta razón es que la entropía del universo siempre está en aumento.

Cuando en los procesos no se genera entropía es porque ya no hay energía transfiriéndose, toda la energía dentro del sistema es uniforme en todo el sistema y si no hay energía, no hay trabajo, por lo que el sistema se debe detener. Ahora si retomamos la analogía del universo como sistema aislado ¿Qué pasaría cuando en el universo se genere la entropía máxima?

Antes se dijo que todos los procesos producen entropía, pero existen procesos en los que la entropía generada es 0.

En un proceso que es internamente reversible y adiabático la entropía de una masa fija se mantiene constante y es a lo que llamamos procesos isentrópicos. En la ingeniería se busca disminuir las irreversibilidades (como la fricción) de los sistemas o dispositivos para que el desempeño mejore.

A pesar de que estos procesos son ideales, son un modelo apropiado para los procesos reales porque con esto se pueden hacer comparaciones del desempeño que se tendría si estuviera en condiciones ideales.

Otros procesos donde no hay variación de la entropía es en los procesos adiabáticos reversibles, pero es importante tener claro que estos dos tipos de procesos no son iguales.

Un proceso adiabático reversible necesariamente es isentrópico (𝑠1 = 𝑠2) , pero uno isentrópico no es necesariamente un proceso adiabático reversible. Por ejemplo, el incremento de entropía de una sustancia durante un proceso, como resultado de irreversibilidades, puede compensarse con una disminución en la entropía como resultado de las pérdidas de calor.

7.5 DIAGRAMAS DE PROPIEDADES QUE INVOLUCRAN LA ENTROPÍA

Los diagramas que representan los procesos termodinámicos son de gran ayuda a la hora de analizar el comportamiento del sistema, de estos diagramas podemos saber de qué tipo de proceso se trata y las condiciones de cada proceso de un ciclo.

Los diagramas P-V y T-V son útiles a la hora de determinar los estados de un proceso. Pero cuando se trata de determinar las condiciones de procesos es útil un diagrama donde la entropía es una de las coordenas. Estos diagramas, son los diagramas temperatura-entropía y entalpíaentropía.

De la ecuación 𝛿𝑄𝑖𝑛𝑡 𝑟𝑒𝑣 =𝑇𝑑𝑠, 𝛿𝑄𝑖𝑛𝑡 𝑟𝑒𝑣 corresponde a un área diferencial en un diagrama T-S. La transferencia total de calor durante un proceso internamente

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