20: La entropía y la segunda ley de la termodinámica
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- 20.1: La energía no determina la espontaneidad
- Hay muchos eventos espontáneos en la naturaleza. Si abres la válvula en ambos casos se produce un evento espontáneo. En el primer caso el gas llena la cámara evacuada, en el segundo los gases se mezclarán. El estado funcionaU yH no nos dan idea de lo que va a pasar. Se podría pensar que sólo esos eventos son espontáneos que producen calor. El desarrollo de la nueva entropía de función estatal nos ha acercado mucho más a una comprensión completa de cómo se relacionan el calor y el trabajo.
- 20.2: Los sistemas aislados de no equilibrio evolucionan en una dirección que aumenta su dispersión de energía
- Un sistema aislado, uno que no intercambie calor con su entorno, no en equilibrio evolucionará en una dirección que aumente la dispersión energética global del estado. El sistema alcanzará el equilibrio cuando la dispersión de energía, o entropía (S), sea máxima.
- 20.3: A diferencia del calor, la entropía es una función de estado
- La entropíaS,, es una función de estado, por lo que no depende del camino termodinámico. Podemos tomar cualquier camino que queramos para calcular la entropía de un sistema termodinámico.
- 20.4: La Segunda Ley de la Termodinámica
- Un sistema aislado es un poco más que solo adiabático. En este último el calor no puede entrar ni salir. En un sistema aislado nada entra o sale nada, ni calor ni masa ni siquiera radiación alguna, como la luz. El sistema aislado es como un pequeño universo para sí mismo.
- 20.5: La Famosa Ecuación de la Termodinámica Estadística es S=K ln W
- La entropía de se puede calcular desde el punto de vista molecular al considerar el número de microestados que existen en un macroestado correspondiente.
- 20.6: Siempre debemos idear un proceso reversible para calcular los cambios de entropía
- La segunda ley de la termodinámica se puede formular de muchas maneras, pero de una forma u otra, todas están relacionadas con el hecho de que la entropía de la función estatal,S, tiende a aumentar con el tiempo en sistemas aislados. La segunda ley tiene importantes consecuencias para la cuestión de cómo podemos usar el calor para hacer un trabajo útil.
- 20.7: La termodinámica proporciona información sobre la conversión del calor en trabajo
- El calor y el trabajo son ambas formas de transferir energía, y bajo las circunstancias adecuadas, una forma puede transformarse en la otra. Sin embargo, la segunda ley de la termodinámica pone una limitación a esto. Pasar del trabajo al calor se llama disipación y no hay ninguna limitación en esto en absoluto. De hecho fue a través de la disipación (por fricción) que descubrimos que el calor y el trabajo eran ambas formas de energía. Sin embargo, existe una limitación en la conversión del calor en trabajo.
- 20.8: La entropía se puede expresar en términos de una función de partición
- Hemos visto que la función de partición de un sistema nos da la clave para calcular funciones termodinámicas como energía o presión como momento de la distribución de energía. Podemos extender este formulismo para calcular la entropía de un sistema una vez que se conoce su Q. La derivación se muestra en la página 840 e implica el uso de la aproximación Stirling. El resultado final es
- 20.9: La definición estadística de entropía es análoga a la definición termodinámica
- La fórmula molecular para calcular la entropía está directamente relacionada con la fórmula termodinámica macroscópica para calcular los cambios en la entropía.
