Termodinamica. Iniciando la aplicación de modelos

[pic 1][pic 2]

Iniciando la aplicación de modelos.

Introducción.

La tercera ley de la termodinámica sostiene que no se puede alcanzar el cero absoluto en un número finito de etapas. Brevemente se puede definir como: al llegar al cero absoluto (0 °K) cualquier proceso de un sistema se detiene. Es decir, al llegar al 0 absoluto (0 °K) la entropía alcanza un valor constante 0 absoluto (0 °K) la entropía alcanza un valor constante. Esta ley fue desarrollada por Walther Nernst entre los años 1906 y 1912 y se refiere a ella en ocasiones como el Teorema de Nernst. En ella se afirma que la entropía de un sistema dado en el cero absoluto tiene un valor constante. Esto es así porque un sistema en el cero absoluto existe en su estado fundamental, así que su entropía está determinada solo por la degeneración de su estado fundamental.

En términos simples, la tercera ley indica que la entropía de una sustancia pura en el cero absoluto es cero. Por consiguiente, la tercera ley provee de un punto de referencia absoluto para la determinación de la entropía. La entropía relativa a este punto es la entropía absoluta.

Desarrollo.

1. Describe la tercera ley de la Termodinámica.

Conocida también como el Postulado de Nerst, esta ley tiene que ver con la temperatura y con el enfriamiento. Plantea que la entropía de un sistema llevado al cero absoluto es una constante definida. Es decir:

• Al llegar al cero absoluto (0 °K), los procesos de los sistemas físicos se detienen.
• Al llegar al cero absoluto (0 °K), la entropía poseerá un valor mínimo constante.

Esta ley establece que la entropía de un sistema termodinámico cerrado en equilibrio tiende a ser mínima y constante, a medida que su temperatura se acerca a 0 kelvin. Dicho valor de la entropía será independiente de las variables del sistema (la presión o el campo magnético aplicado, entre otras). Lo que sucede es que a medida que la temperatura es más cercana a 0 K, los procesos en el sistema se van deteniendo y como la entropía es una medida de la agitación interna, forzosamente desciende.

[pic 4]

A medida que la temperatura de un sistema se acerca al cero absoluto, la entropía de este alcanza un valor mínimo y constante.

Fuente: https://www.lifeder.com/tercera-ley-termodinamica/

1. Explica porque la entropía es una cantidad que siempre aumenta en el universo.

La entropía del Universo tiende a incrementarse con el tiempo:

.[pic 5]

Cualquier proceso real es irreversible, en consecuencia, provocará siempre un aumento de entropía en el Universo.

1. ¿Qué significado tiene la ecuación ?[pic 6]

S representa la entropía, W el número de microestados posibles del sistema y kB es la constante de Boltzmann (kB =1.38 x 10-23 J/K). Es decir, la entropía de un sistema es kB veces el logaritmo natural del número de microestados posibles. E indica matemáticamente que la entropía es una medida del desorden.

1. Describe porque la entropía es una cantidad que no puede disminuir en el Universo.

Cada transferencia de energía que se produce aumentará la entropía del universo y reducirá la cantidad de energía utilizable disponible para realizar trabajo (o en el caso más extremo, la entropía total se mantendrá igual). En otras palabras, cualquier proceso, como una reacción química o un conjunto de reacciones conectadas, procederá en una dirección que aumente la entropía total del universo.

1. Con los conocimientos adquiridos, describe el proceso de enfriamiento de átomos por láser.

Todos los átomos en la naturaleza se están moviendo porque la temperatura es mayor de 0 [°K], por los que éstos tienen energía térmica. A bajas temperaturas, es posible casi parar el movimiento de los átomos utilizando el momento de los fotones de la radiación láser. Esto es posible al hacer pasar un haz de luz láser moviéndose en dirección opuesta a un haz de átomos, interaccionen de manera que los átomos absorban la energía de los fotones del haz láser. El proceso ocurre cuando la energía de los fotones (la cuál está determinada por la frecuencia del fotón) es exactamente igual a la diferencia entre los niveles de energía de los átomos. Cuando el átomo está en movimiento, entonces por el efecto Doppler, este átomo "vee" una frecuencia ligeramente diferente a la de los fotones incidentes. Utilizando unos cuantos haces en direcciones opuestas, es posible parar el movimiento de los átomos. La frecuencia del haz láser se elige de manera que sea muy próxima a la frecuencia de absorción del átomo, pero no idéntica a ésta. Cada vez que el átomo comienza a moverse hacia a uno de los haces láser, el efecto Doppler provoca que la radiación del haz sea absorbida por el átomo, y éste retorne a su sitio.

...