Segunda ley de la termodinamica

Afirmación de clausius

es la temperatura del depósito externo (alrededores) en un instante de tiempo determinado. La integral cerrada se realiza a lo largo de una trayectoria del proceso termodinámico desde el estado inicial/final hasta el mismo estado inicial/final. En principio, la integral cerrada puede empezar y terminar en un punto arbitrario de la trayectoria.

En el caso especial de un proceso reversible, la igualdad se mantiene[1] El caso reversible se utiliza para introducir la función de estado conocida como entropía. Esto se debe a que en un proceso cíclico la variación de una función de estado es cero. En otras palabras, el enunciado de Clausius afirma que es imposible construir un dispositivo cuyo único efecto sea la transferencia de calor de un depósito frío a otro caliente[2]. Equivalentemente, el calor fluye espontáneamente de un cuerpo caliente a otro más frío, y no al revés[3].

El teorema de Clausius es una explicación matemática de la segunda ley de la termodinámica. Fue desarrollado por Rudolf Clausius, que pretendía explicar la relación entre el flujo de calor en un sistema y la entropía del sistema y su entorno. Clausius lo desarrolló en sus esfuerzos por explicar la entropía y definirla cuantitativamente. En términos más directos, el teorema nos da una forma de determinar si un proceso cíclico es reversible o irreversible. El teorema de Clausius proporciona una fórmula cuantitativa para entender la segunda ley.

Máquina de movimiento perpetuo

La segunda ley de la termodinámica establece el concepto de entropía como propiedad física de un sistema termodinámico. El cambio de entropía predice la dirección de los procesos espontáneos y determina si son irreversibles o imposibles a pesar de obedecer el requisito de conservación de la energía expresado en la primera ley de la termodinámica. La segunda ley puede formularse mediante la observación de que la entropía de los sistemas aislados dejados a la evolución espontánea no puede disminuir, ya que siempre llegan a un estado de equilibrio termodinámico, en el que la entropía es máxima con una energía interna determinada. Si todos los procesos del sistema son reversibles, la entropía es constante[1]. El aumento de la entropía explica la irreversibilidad de los procesos naturales, a la que a menudo se refiere el concepto de la flecha del tiempo[2].

Históricamente, la segunda ley fue un hallazgo empírico que se aceptó como un axioma de la teoría termodinámica. La mecánica estadística proporciona una explicación microscópica de la ley en términos de distribuciones de probabilidad de los estados de grandes conjuntos de átomos o moléculas. La segunda ley se ha expresado de muchas maneras. Su primera formulación, que precedió a la definición propia de entropía y se basó en la teoría calórica, es el teorema de Carnot, atribuido al científico francés Sadi Carnot, que en 1824 demostró que la eficiencia de la conversión de calor en trabajo en una máquina térmica tiene un límite superior[3][4]. [3] [4] La primera definición rigurosa de la segunda ley basada en el concepto de entropía la dio el científico alemán Rudolph Clausius en la década de 1850, incluyendo su afirmación de que el calor nunca puede pasar de un cuerpo más frío a otro más caliente sin que se produzca al mismo tiempo algún otro cambio relacionado con él.

Entropía

Para evitar confusiones, los científicos hablan de los valores termodinámicos en referencia a un sistema y su entorno. Todo lo que no forma parte del sistema constituye su entorno. El sistema y el entorno están separados por un límite. Por ejemplo, si el sistema es un mol de gas en un recipiente, el límite es simplemente la pared interior del propio recipiente. Todo lo que está fuera del límite se considera el entorno, que incluye el propio recipiente.

El límite debe estar claramente definido, para que se pueda decir con claridad si una determinada parte del mundo está en el sistema o en los alrededores. Si la materia no puede atravesar el límite, se dice que el sistema es cerrado; en caso contrario, es abierto. Un sistema cerrado puede seguir intercambiando energía con el entorno, a menos que se trate de un sistema aislado, en cuyo caso ni la materia ni la energía pueden atravesar la frontera.

La segunda ley de newton

La Segunda Ley de la Termodinámica establece que el estado de entropía de todo el universo, como sistema aislado, siempre aumentará con el tiempo. La segunda ley también establece que los cambios en la entropía del universo nunca pueden ser negativos.

¿Por qué cuando se deja un cubito de hielo a temperatura ambiente, empieza a derretirse? ¿Por qué envejecemos y nunca rejuvenecemos? Y, ¿por qué cuando se limpian las habitaciones, vuelven a estar desordenadas en el futuro? Ciertas cosas suceden en una dirección y no en otra, esto se llama la «flecha del tiempo» y abarca todas las áreas de la ciencia. La flecha del tiempo termodinámica (entropía) es la medida del desorden en un sistema. Denotado como \ (\Delta S\), el cambio de entropía sugiere que el tiempo mismo es asimétrico con respecto al orden de un sistema aislado, lo que significa: un sistema se volverá más desordenado, a medida que el tiempo aumenta.

Supongamos que una caja llena de piezas de rompecabezas estuviera desordenada en su caja, la probabilidad de que una pieza de rompecabezas caiga al azar, lejos de donde encaja perfectamente, es muy alta. Casi todas las piezas del rompecabezas caerán en algún lugar lejos de su posición ideal. La probabilidad de que una pieza de puzzle caiga correctamente en su posición, es muy baja, ya que sólo puede ocurrir en un sentido. Por lo tanto, las piezas del rompecabezas mal colocadas tienen una multiplicidad mucho mayor que la pieza del rompecabezas correctamente colocada, y podemos suponer correctamente que las piezas del rompecabezas mal colocadas representan una entropía mayor.