{"id":41307,"date":"2019-09-26T20:07:55","date_gmt":"2019-09-26T19:07:55","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/que-es-la-entropia-definicion\/"},"modified":"2020-01-14T14:11:49","modified_gmt":"2020-01-14T13:11:49","slug":"que-es-la-entropia-definicion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/es\/que-es-la-entropia-definicion\/","title":{"rendered":"\u00bfQu\u00e9 es la entrop\u00eda? Definici\u00f3n"},"content":{"rendered":"
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En f\u00edsica, la entrop\u00eda es una medida cuantitativa del desorden, o de la energ\u00eda en un sistema para hacer el trabajo.\u00a0Seg\u00fan Clausius, la entrop\u00eda se defini\u00f3 mediante el cambio en la entrop\u00eda S de un sistema.\u00a0Ingenieria termal<\/div>\n<\/div>\n
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\u00bfQu\u00e9 es la entrop\u00eda?<\/h2>\n<\/div>\n<\/div>\n
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En termodin\u00e1mica y f\u00edsica estad\u00edstica, la\u00a0entrop\u00eda<\/strong>\u00a0es una medida cuantitativa del desorden, o de la energ\u00eda en un sistema para hacer el trabajo.En f\u00edsica estad\u00edstica, la entrop\u00eda es una medida del desorden de un sistema.\u00a0A lo que se refiere el trastorno es realmente la\u00a0cantidad de configuraciones microsc\u00f3picas<\/strong>\u00a0,\u00a0W<\/strong>\u00a0, que puede tener un sistema termodin\u00e1mico cuando est\u00e1 en un estado especificado por ciertas variables macrosc\u00f3picas (\u00a0volumen<\/a>\u00a0,\u00a0energ\u00eda<\/a>\u00a0,\u00a0presi\u00f3n<\/a>\u00a0y\u00a0temperatura<\/a>\u00a0).\u00a0Por “estados microsc\u00f3picos”, nos referimos a los estados exactos de todas las mol\u00e9culas que componen el sistema.<\/p>\n

Matem\u00e1ticamente, la definici\u00f3n exacta es:<\/p>\n

Entrop\u00eda = (constante de Boltzmann k) x logaritmo del n\u00famero de estados posibles<\/strong><\/p>\n

S = k\u00a0B<\/sub>\u00a0logW<\/strong><\/em><\/p>\n

Esta ecuaci\u00f3n, que relaciona los detalles microsc\u00f3picos, o microestados, del sistema (a trav\u00e9s de\u00a0W<\/em>\u00a0) con su estado macrosc\u00f3pico (a trav\u00e9s de la\u00a0entrop\u00eda\u00a0S<\/em><\/strong>\u00a0), es la idea clave de la mec\u00e1nica estad\u00edstica.\u00a0En un sistema cerrado, la entrop\u00eda nunca disminuye, por lo que en el Universo la entrop\u00eda aumenta irreversiblemente.\u00a0En un sistema abierto (por ejemplo, un \u00e1rbol en crecimiento), la entrop\u00eda puede disminuir y el orden puede aumentar, pero solo a expensas de un aumento de la entrop\u00eda en otro lugar (por ejemplo, en el Sol).<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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\n[fragmento de xyz-ihs = \u201ddifusi\u00f3n\u201d]El orden est\u00e1 disminuyendo.<\/p>\n

La entrop\u00eda est\u00e1 aumentando.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Unidades de entrop\u00eda<\/span><\/h2>\n

El SI\u00a0<\/span>unidad para la entrop\u00eda<\/span><\/strong>\u00a0es\u00a0<\/span>J \/ K<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Seg\u00fan Clausius, la entrop\u00eda se defini\u00f3 mediante el cambio en la entrop\u00eda S de un sistema.\u00a0El cambio en la entrop\u00eda S, cuando se le agrega una cantidad de calor Q mediante un proceso reversible a temperatura constante, viene dado por:<\/span><\/p>\n

\"Entrop\u00eda-<\/a><\/p>\n

Aqu\u00ed\u00a0<\/span>Q<\/span><\/strong>\u00a0es la\u00a0<\/span>energ\u00eda transferida<\/span><\/strong>\u00a0como calor hacia o desde el sistema durante el proceso, y T es la temperatura del sistema en grados Kelvin durante el proceso.\u00a0Si suponemos un\u00a0<\/span>proceso isot\u00e9rmico<\/span><\/strong>\u00a0reversible\u00a0, el cambio de entrop\u00eda total viene dado por:<\/span><\/p>\n

\u2206S = S\u00a0<\/span>2<\/span><\/sub>\u00a0– S\u00a0<\/span>1<\/span><\/sub>\u00a0= Q \/ T<\/span><\/strong><\/em><\/p>\n

En esta ecuaci\u00f3n, el\u00a0<\/span>cociente Q \/ T<\/span><\/strong>\u00a0est\u00e1 relacionado con el aumento del desorden.\u00a0Mayor temperatura significa mayor aleatoriedad de movimiento.\u00a0A temperaturas m\u00e1s bajas, la adici\u00f3n de calor Q provoca un aumento fraccional sustancial en el movimiento molecular y la aleatoriedad.\u00a0Por otro lado, si la sustancia ya est\u00e1 caliente, la misma cantidad de calor Q agrega relativamente poco al mayor movimiento molecular.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Ejemplo: cambio de entrop\u00eda en el hielo derretido<\/span><\/h2>\n

Calcule el\u00a0<\/span>cambio en la entrop\u00eda<\/span><\/strong>\u00a0de 1 kg de hielo a 0 \u00b0 C, cuando se derrite reversiblemente en agua a 0 \u00b0 C.<\/span><\/p>\n

Dado que es un proceso isot\u00e9rmico, podemos usar:<\/span><\/p>\n

\u2206S = S\u00a0<\/span>2<\/span><\/sub>\u00a0– S\u00a0<\/span>1<\/span><\/sub>\u00a0= Q \/ T<\/span><\/strong><\/em><\/p>\n

por lo tanto, el cambio de entrop\u00eda ser\u00e1:<\/span><\/p>\n

\u2206S = 334 [kJ] \/ 273.15 [K] =\u00a0<\/span>1.22 [kJ \/ K]<\/span><\/strong><\/p>\n

donde se requieren 334 kilojulios de calor para derretir 1 kg de hielo (calor de fusi\u00f3n latente = 334 kJ \/ kg) y este calor se transfiere al sistema a 0 \u00b0 C (273,15 K).<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Entrop\u00eda Espec\u00edfica<\/span><\/h2>\n

La entrop\u00eda se puede convertir en una\u00a0variable\u00a0<\/span>intensiva<\/span><\/strong>\u00a0o\u00a0<\/span>espec\u00edfica<\/span><\/strong>\u00a0dividi\u00e9ndola por la masa.\u00a0Los ingenieros usan la entrop\u00eda espec\u00edfica en el an\u00e1lisis termodin\u00e1mico m\u00e1s que la entrop\u00eda misma.\u00a0La entrop\u00eda espec\u00edfica (s) de una sustancia es su entrop\u00eda por unidad de masa.\u00a0Es igual a la entrop\u00eda total (S) dividida por la masa total (m).<\/span><\/p>\n

s = S \/ m<\/span><\/p>\n

d\u00f3nde:<\/span><\/p>\n

s = entrop\u00eda espec\u00edfica (J \/ kg)<\/span><\/p>\n

S = entrop\u00eda (J)<\/span><\/p>\n

m = masa (kg)<\/span><\/p>\n

\"Diagrama<\/a>
Diagrama Ts del ciclo de Rankine<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

La entrop\u00eda cuantifica la energ\u00eda de una sustancia que ya no est\u00e1 disponible para realizar un trabajo \u00fatil.\u00a0Debido a que la entrop\u00eda dice mucho acerca de la utilidad de una cantidad de calor transferida en la realizaci\u00f3n del trabajo, las\u00a0<\/span>tablas de vapor<\/span><\/a>\u00a0incluyen valores de\u00a0<\/span>entrop\u00eda espec\u00edfica<\/span><\/strong>\u00a0(s = S \/ m) como parte de la informaci\u00f3n tabulada.<\/span><\/p>\n

En general, la entrop\u00eda espec\u00edfica es una propiedad de una sustancia, como la presi\u00f3n, la temperatura y el volumen, pero no se puede medir directamente.\u00a0Normalmente, la entrop\u00eda de una sustancia se da con respecto a alg\u00fan valor de referencia.\u00a0Por ejemplo, la entrop\u00eda espec\u00edfica de agua o vapor se da usando la referencia de que la\u00a0<\/span>entrop\u00eda espec\u00edfica<\/span><\/strong>\u00a0del agua es\u00a0<\/span>cero<\/span><\/strong>\u00a0a\u00a0<\/span>0.01 \u00b0 C<\/span><\/strong>\u00a0y\u00a0<\/span>presi\u00f3n atmosf\u00e9rica normal<\/span><\/strong>\u00a0, donde s = 0.00 kJ \/ kg.\u00a0Sin embargo, el hecho de que se desconozca el valor absoluto de la entrop\u00eda espec\u00edfica no es un problema, porque es el cambio en la entrop\u00eda espec\u00edfica (\u2206s) y no el valor absoluto lo que es importante en los problemas pr\u00e1cticos.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Diagramas de temperatura-entrop\u00eda – Diagramas Ts<\/span><\/h2>\n

En general, las fases de una sustancia y las relaciones entre sus propiedades se muestran m\u00e1s com\u00fanmente en\u00a0<\/span>los diagramas de propiedades<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Se ha definido una gran cantidad de propiedades diferentes y existen algunas dependencias entre las propiedades.<\/span><\/p>\n

Un\u00a0<\/span>diagrama de temperatura-entrop\u00eda<\/span><\/strong>\u00a0(\u00a0diagrama\u00a0<\/strong><\/span>Ts<\/span><\/strong>\u00a0) es el tipo de diagrama m\u00e1s utilizado para analizar los ciclos del sistema de transferencia de energ\u00eda.\u00a0Se utiliza en termodin\u00e1mica para visualizar cambios en la temperatura y entrop\u00eda espec\u00edfica durante un proceso o ciclo termodin\u00e1mico.<\/span><\/p>\n

Esto se debe a que el\u00a0<\/span>trabajo<\/span><\/strong>\u00a0realizado por o en el sistema y el\u00a0<\/span>calor agregado<\/span><\/strong>\u00a0o\u00a0<\/span>eliminado<\/span><\/strong>\u00a0del sistema se pueden visualizar en el\u00a0<\/span>diagrama Ts<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Seg\u00fan la definici\u00f3n de entrop\u00eda, el\u00a0<\/span>calor<\/span><\/strong>\u00a0transferido hacia o desde un sistema es igual al\u00a0<\/span>\u00e1rea bajo la curva Ts<\/span><\/strong>\u00a0del proceso.<\/span><\/p>\n

dQ = TdS<\/span><\/strong><\/em><\/p>\n

Un\u00a0<\/span>proceso isentr\u00f3pico<\/span><\/strong>\u00a0se representa como una\u00a0<\/span>l\u00ednea vertical<\/span><\/strong>\u00a0en un diagrama Ts, mientras que un proceso isot\u00e9rmico es una l\u00ednea horizontal.\u00a0En un estado idealizado, la compresi\u00f3n es una bomba, la compresi\u00f3n en un compresor y la expansi\u00f3n en una turbina son procesos isoentr\u00f3picos.\u00a0Por lo tanto, es muy \u00fatil en ingenier\u00eda de energ\u00eda, porque estos dispositivos se usan en ciclos termodin\u00e1micos de plantas de energ\u00eda.<\/span><\/p>\n

Tenga en cuenta que los supuestos isentr\u00f3picos solo son aplicables con ciclos ideales.\u00a0Los ciclos termodin\u00e1micos reales tienen p\u00e9rdidas de energ\u00eda inherentes debido a la ineficiencia de los compresores y las turbinas.<\/span><\/p>\n

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Irreversibilidad de los procesos naturales.<\/span><\/h2>\n

Seg\u00fan la segunda ley de la termodin\u00e1mica:<\/span><\/strong><\/p>\n

La entrop\u00eda de cualquier sistema aislado nunca disminuye.\u00a0En un proceso termodin\u00e1mico natural, aumenta la suma de las entrop\u00edas de los sistemas termodin\u00e1micos que interact\u00faan. \u00a0<\/span><\/em><\/p>\n

Esta ley indica la\u00a0<\/span>irreversibilidad<\/span><\/strong>\u00a0de\u00a0<\/span>los procesos naturales<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Los procesos reversibles son una ficci\u00f3n te\u00f3rica \u00fatil y conveniente, pero no ocurren en la naturaleza.\u00a0De esta ley se deduce que es imposible construir un dispositivo que funcione en un ciclo y cuyo \u00fanico efecto sea la transferencia de calor de un cuerpo m\u00e1s fr\u00edo a un cuerpo m\u00e1s caliente.\u00a0De ello se deduce que las m\u00e1quinas de movimiento perpetuo del segundo tipo son imposibles.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Entrop\u00eda en el cero absoluto<\/span><\/h2>\n

Seg\u00fan la tercera ley de la termodin\u00e1mica:<\/span><\/strong><\/p>\n

La entrop\u00eda de un sistema se aproxima a un valor constante a medida que la temperatura se acerca al cero absoluto.<\/span><\/em><\/p>\n

Basado en evidencia emp\u00edrica, esta ley establece que la\u00a0<\/span>entrop\u00eda de una sustancia cristalina pura es cero<\/span><\/strong>\u00a0en el\u00a0<\/span>cero absoluto de temperatura<\/span><\/strong>\u00a0, 0 K y que es imposible mediante cualquier proceso, sin importar cu\u00e1n idealizado est\u00e9, reducir la temperatura de un sistema a cero absoluto en un n\u00famero finito de pasos.\u00a0Esto nos permite definir un punto cero para la energ\u00eda t\u00e9rmica de un cuerpo.<\/span><\/p>\n

El cero absoluto es la temperatura te\u00f3rica m\u00e1s fr\u00eda, a la cual el movimiento t\u00e9rmico de los \u00e1tomos y las mol\u00e9culas alcanza su m\u00ednimo.\u00a0Este es un estado en el que la entalp\u00eda y la entrop\u00eda de un gas ideal enfriado alcanza su valor m\u00ednimo, tomado como 0.\u00a0<\/span>Cl\u00e1sicamente<\/span><\/strong>\u00a0, este ser\u00eda un estado de\u00a0<\/span>inmovilidad<\/span><\/strong>\u00a0, pero\u00a0<\/span>la<\/span><\/strong>\u00a0incertidumbre\u00a0cu\u00e1ntica<\/strong>\u00a0dicta que las part\u00edculas a\u00fan poseen una\u00a0<\/span>energ\u00eda finita de punto cero<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0<\/span>El cero absoluto<\/span><\/strong>\u00a0se denota como 0 K en la escala Kelvin,\u00a0<\/span>\u2212273.15 \u00b0 C<\/span><\/strong>\u00a0en la escala Celsius y\u00a0<\/span>\u2212459.67 \u00b0 F<\/span><\/strong>\u00a0en la escala Fahrenheit.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

……………………………………………………………………………………………………………………………….<\/p>\n

Este art\u00edculo se basa en la traducci\u00f3n autom\u00e1tica del art\u00edculo original en ingl\u00e9s. Para m\u00e1s informaci\u00f3n vea el art\u00edculo en ingl\u00e9s. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducci\u00f3n, env\u00edela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducci\u00f3n en l\u00ednea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducci\u00f3n lo antes posible. Gracias.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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