Definición de Entropía

Etimológicamente “entropía”, asociada a la termodinámica, surgió como palabra acuñada del griego, de em (en: en, sobre, cerca de...) y sqopg (tropee: mudanza, giro, alternativa, cambio, evolución). La termodinámica, por definirla de una manera muy simple, fija su atención en el interior de los sistemas físicos, en los intercambios de energía en forma de calor que se llevan a cabo entre un sistema y otro y tiene sus propias leyes.

Uno de los soportes fundamentales de la Segunda Ley de la Termodinámica es la función denominada entropía que sirve para medir el grado de desorden dentro de un proceso y permite distinguir la energía útil, que es la que se convierte en su totalidad en trabajo, de la inútil, que se pierde en el medio ambiente

La entropía puede ser la magnitud física termodinámica que permite medir la parte no utilizable de la energía contenida en un sistema. Esto quiere decir que dicha parte de la energía no puede usarse para producir un trabajo. Se entiende por entropía también a la medida del desorden de un sistema. En este sentido, está asociada a un grado de homogeneidad.

Desigualdad de Clausius

La igualdad y la desigualdad anteriores son válidas para el caso de que haya sólo dos focos térmicos. Pero, ¿qué ocurre si tenemos más de dos?

Si el sistema evoluciona variando su temperatura en varios pasos, a base de ponerse en contacto con distintos ambientes a diferentes temperaturas, intercambiará calor con cada uno de ellos, y ya no podremos hablar simplemente de Qc y Qf, sino que tendremos una serie de calores Q1, Q2, Q3,… que entran en el sistema desde focos a temperaturas T1, T2, T3,….En este caso, demostraremos más adelante que la desigualdad correspondiente, conocida como desigualdad de Clausius, es

Donde de nuevo, la igualdad corresponde a ciclos reversibles y la desigualdad a irreversibles.

Podemos generalizar aun más este resultado: supongamos que la temperatura del ambiente no cambia a saltos, sino que va variando gradualmente de forma continua. Podemos modelar esto como un conjunto infinito de baños térmicos, situados a temperaturas que varían en una cantidad diferencial (por ejemplo, que en un momento está en contacto con un baño a 25.00°C y posteriormente con uno a temperatura 24.99°C).

La cantidad de calor que entrará en el sistema desde cada uno de estos baños será una cantidad diferencial dQ. La razón es que si el punto por el que entra el calor ha alcanzado el equilibrio con un baño a 25.00°C y posteriormente se pone en contacto con uno a temperatura 24.99°C, la cantidad de calor que fluirá como consecuencia de la diferencia de temperaturas será minúscula.

La suma de una cantidad infinita de pasos diferenciales no es más que una integral, por lo que la desigualdad de Clausius se escribe para un proceso continuo como Donde la igualdad corresponde a ciclos reversibles y la desigualdad a irreversibles.

Cambios de entropía

La variación de entropía nos muestra la variación del orden molecular ocurrido en una reacción química. Si el incremento de entropía es positivo, los productos presentan un mayor desorden molecular (mayor entropía) que los reactivos. En cambio, cuando el incremento es negativo, los productos son más ordenados. Hay una relación entre la entropía y la espontaneidad de una reacción química, que viene dada por la energía de Gibbs.

Cuando un sistema termodinámico pasa, en un proceso reversible e isotérmico, del estado 1 al estado 2, el cambio en su entropía es igual a la cantidad de calor intercambiado entre el sistema y el medio dividido por su temperatura absoluta.

Sólo se pueden calcular variaciones de entropía. Para calcular la entropía de un sistema es necesario fijar la entropía del mismo en un estado determinado. La Tercera ley de la termodinámica fija un estado estándar: para sistemas químicamente puros, sin defectos estructurales en la red cristalina, de densidad finita, la entropía es nula en el cero absoluto (0 K).

Proceso Adiabático

En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquel en el cual

el sistema termodinámico (generalmente, influido que realiza un trabajo) no

intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además

reversible se conoce como proceso isoentrópico. El extremo opuesto, en el

que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando que

la temperatura permanezca constante, se denomina proceso isotérmico.

El término adiabático hace referencia a elementos que impiden la

transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima

bastante a un límite adiabático. Otro ejemplo es la temperatura adiabática de

llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama si no hubiera

pérdida de calor hacia el entorno. En climatización los procesos de

humectación (aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto que no hay

transferencia de calor, a pesar que se consiga variar la temperatura del aire y

su humedad relativa.

El calentamiento y enfriamiento adiabático son procesos que comúnmente

ocurren debido al cambio en la presión de un gas. Esto puede ser

cuantificado usando la ley de los gases ideales.

En otras palabras se considera proceso adiabático a un sistema especial en

el cual no se pierde ni tampoco se gana energía calorífica. Esto viene

definido según la primera ley de termodinámica describiendo que Q=0

Si se relaciona el tema del proceso adiabático con las ondas, se debe tener

en cuenta que el proceso o carácter adiabático solo se produce en las ondas

longitudinales