5: La Segunda Ley
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- 5.1: Introducción a la Segunda Ley
- La segunda ley de la termodinámica, que nos introduce en el tema de la entropía, es increíble en cómo constriñe lo que podemos experimentar y lo que podemos hacer en el universo. Un proceso espontáneo es aquel que ocurrirá sin que fuerzas externas lo empujen. Un proceso puede ser espontáneo aunque ocurra muy lentamente. Desafortunadamente, Termodinámica guarda silencio sobre el tema de la rapidez con que ocurrirán los procesos, pero nos proporciona una poderosa caja de herramientas para predecir qué procesos serán espontáneos.
- 5.2: Motores térmicos y el ciclo de Carnot
- Para simplificar su análisis del funcionamiento interno de un motor, Carnot ideó un constructo útil para examinar qué afecta la eficiencia del motor. Su construcción es el motor de calor. La idea detrás de un motor térmico es que tomará energía en forma de calor, y la transformará en una cantidad equivalente de trabajo. Desafortunadamente, tal dispositivo no es práctico. Resulta que la naturaleza impide la conversión completa de la energía en trabajo con una eficiencia perfecta. Esto lleva a una importante declaración de la Sec
- 5.3: Entropía
- Además de aprender que la eficiencia de un motor Carnot depende únicamente de las altas y bajas temperaturas, se pueden derivar cosas más interesantes a través de la exploración de este sistema.
- 5.4: Cálculo de los cambios de entropía
- Los cambios de entropía son bastante fáciles de calcular siempre y cuando se conozca el estado inicial y final. Por ejemplo, si el volumen inicial y final son los mismos, la entropía se puede calcular asumiendo una vía isocórica reversible y determinando una expresión para Dq/t; ese término se puede integrar desde la condición inicial hasta las condiciones finales para determinar el cambio de entropía.
- 5.5: Comparando el Sistema y el Entorno
- A menudo es importante calcular tanto el cambio de entropía del sistema como el del entorno. Dependiendo del tamaño del entorno, pueden proporcionar o absorber tanto calor como sea necesario para un proceso sin cambiar la temperatura. Como tal, a menudo es una muy buena aproximación considerar los cambios en el entorno como ocurriendo isotérmicamente, aunque puede que no sea el caso para el sistema (que a menudo es más pequeño).
- 5.6: Entropía y Trastorno
- Una interpretación común de la entropía es que de alguna manera es una medida del caos o la aleatoriedad. Hay cierta utilidad en ese concepto. Dado que la entropía es una medida de la dispersión de energía en un sistema, cuanto más caótico sea un sistema, mayor será la dispersión de energía, y así mayor será la entropía.
- 5.7: La Tercera Ley de la Termodinámica
- Una consecuencia importante de la propuesta de Botlzmann es que un cristal perfectamente ordenado (es decir, uno que solo tenga un arreglo energético en su estado de energía más bajo) tendrá una entropía de 0. Esto hace que la entropía sea cualitativamente diferente a otras funciones termodinámicas. Por ejemplo, en el caso de la entalpía, es imposible tener un cero a la escala sin establecer una referencia arbitraria (es decir, la entalpía de formación de elementos en sus estados estándar es cero.) ¡Pero la entropía tiene un cero natural!
- 5.8: Compresibilidad adiabática
- La compresibilidad isotérmica es una cantidad muy útil, ya que puede medirse para muchas sustancias diferentes y tabularse. También, como veremos en el siguiente capítulo, se puede utilizar para evaluar varias derivadas parciales diferentes que involucran variables termodinámicas.
- 5.E: La Segunda Ley (Ejercicios)
- Ejercicios para el Capítulo 5 “La Segunda Ley” en el Mapa de texto de Química Física de Fleming.
- 5.S: La Segunda Ley (Resumen)
- Resumen para el Capítulo 5 “La Segunda Ley” en el Mapa de texto de Química Física de Fleming.