Introducción a la entropía
En termodinámica , la entropía es una cantidad numérica que muestra que muchos procesos físicos pueden ir en una sola dirección en el tiempo. Por ejemplo, puede verter crema en el café y mezclarlo, pero no puede "desmezclarlo"; puedes quemar un trozo de madera, pero no puedes "desquemarlo". La palabra 'entropía' ha entrado en el uso popular para referirse a la falta de orden o previsibilidad, o de una caída gradual hacia el desorden. [1] Una interpretación más física de la entropía termodinámica se refiere a la dispersión de energía o materia, oa la extensión y diversidad del movimiento microscópico.
Si invirtieras una película en la que se mezcla café o se quema madera, verías cosas que son imposibles en el mundo real. Otra forma de decir que esos procesos inversos son imposibles es decir que mezclar café y quemar madera son "irreversibles". La irreversibilidad está descrita por una importante ley de la naturaleza conocida como la segunda ley de la termodinámica , que dice que en un sistema aislado (un sistema que no está conectado a ningún otro sistema) que está experimentando cambios, la entropía aumenta con el tiempo. [2]
La entropía no aumenta indefinidamente. Un cuerpo de materia y radiación eventualmente alcanzará un estado invariable, sin flujos detectables, y entonces se dice que está en un estado de equilibrio termodinámico .. La entropía termodinámica tiene un valor definido para tal cuerpo y está en su valor máximo. Cuando cuerpos de materia o radiación, inicialmente en sus propios estados de equilibrio termodinámico interno, se juntan para interactuar íntimamente y alcanzar un nuevo equilibrio conjunto, entonces su entropía total aumenta. Por ejemplo, un vaso de agua tibia con un cubo de hielo dentro tendrá una entropía más baja que ese mismo sistema algún tiempo después cuando el hielo se haya derretido dejando un vaso de agua fría. Dichos procesos son irreversibles: un cubo de hielo en un vaso de agua tibia no se formará espontáneamente a partir de un vaso de agua fría. Algunos procesos en la naturaleza son casi reversibles. Por ejemplo, la órbita de los planetas alrededor del sol puede considerarse prácticamente reversible:
Si bien la segunda ley, y la termodinámica en general, es precisa en sus predicciones de las interacciones íntimas del comportamiento de los sistemas físicos complejos, los científicos no se contentan simplemente con saber cómo se comporta un sistema, sino que también quieren saber por qué se comporta de la forma en que lo hace . La pregunta de por qué aumenta la entropía hasta que se alcanza el equilibrio fue respondida con mucho éxito en 1877 por un famoso científico llamado Ludwig Boltzmann . La teoría desarrollada por Boltzmann y otros, se conoce como mecánica estadística.. La mecánica estadística es una teoría física que explica la termodinámica en términos del comportamiento estadístico de los átomos y moléculas que componen el sistema. La teoría no solo explica la termodinámica, sino también una serie de otros fenómenos que están fuera del alcance de la termodinámica.
El concepto de entropía termodinámica surge de la segunda ley de la termodinámica . Esta ley de aumento de entropía cuantifica la reducción en la capacidad de un sistema termodinámico compuesto aislado para realizar trabajo termodinámico en su entorno, o indica si puede ocurrir un proceso termodinámico. Por ejemplo, siempre que haya un camino adecuado, el calor fluye espontáneamente de un cuerpo más caliente a uno más frío.
La entropía termodinámica solo se mide como un cambio en la entropía ( ) de un sistema que contiene un subsistema que sufre una transferencia de calor a su entorno (dentro del sistema de interés). Se basa en la relación macroscópica entre el flujo de calor hacia el subsistema y la temperatura a la que ocurre, sumadas sobre el límite de ese subsistema.
