ENTROPÍA
Planteamiento del problema
¿Cómo determinar la entropía de un proceso de equilibrio
térmico?
Marco teórico:
La segunda ley de la termodinamica. En términos mas o
menos sencillos diría lo siguiente: ' No existe un
proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor de una
fuente y la conversión íntegra de este calor en trabajo'.
La segunda ley de la termodinamica no es una consecuencia de la primera,
sino una ley independiente; segundo, la segunda ley nos habla de las
restricciones que existen al utilizar la energía en diferentes procesos,
en nuestro caso, en una central térmica. No existe una maquina
que utilice energía interna de una sola fuente de calor.
Es importante señalar que la entropía no esta definida como una cantidad absoluta S
(símbolo de la entropía), sino lo que se puede medir es la
diferencia entre la entropía inicial de un sistema Si y la
entropía final del
mismo Sf. No tiene sentido hablar de entropía sino en términos de
un cambio en las condiciones de un sistema.
Hablando de estados normales por qué la temperatura y
la presión son importantes definirlas para tabular valores de
entropía.
Temperatura: la energía cinética aumenta al hacerlo la
temperatura lo cual debilita las fuerzas que unen a las moléculas
dandoles mayor libertad de movimiento y por lo tanto desordenando el
sistema.
Presión: una disminución de presión aumenta la
entropía yaque confina las moléculas en un
mayor volumen y la inversa cuando aumenta la presión. Por supuesto este efecto es muy evidente en gases y poco en
líquidos y sólidos.
En termodinamica, la entropía (simbolizada como S) es la
magnitud física que mide la parte de la energía que no puede
utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de
caracter extensivo y su valor, en un sistema
aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma
natural. La entropía describe lo irreversible de los sistemas
termodinamicos.
Características asociadas a la entropía:
* La entropía se define solamente para estados de equilibrio.
* Solamente pueden calcularse variaciones de entropía. En muchos
problemas practicos como el diseño de una
maquina de vapor, consideramos únicamente diferencias de
entropía. Por conveniencia se considera nula la
entropía de una sustancia en algún estado de referencia
conveniente. Así se calculan las tablas de vapor, e donde se
supone cero la entropía del
agua cuando se encuentra en fase liquida a 0'C y presión de 1 atm.
* La entropía de un sistema en estado se equilibrio es únicamente
función del estado del sistema, y es independiente de su
historia pasada. La entropía puede calcularse como una función de las variables
termodinamicas del sistema, tales como la presión y
la temperatura o la presión y el volumen.
* La entropía en un sistema aislado aumenta
cuando el sistema experimenta un cambioirreversible.
* Considérese un sistema aislado que contenga 2
secciones separadas con gases a diferentes presiones. Al quitar la
separación ocurre un cambio altamente
irreversible en el sistema al equilibrarse las dos presiones. Pero el medio no
ha sufrido cambio durante este proceso, así que
su energía y su estado permanecen constantes, y como
el cambio es irreversible la entropía del sistema ha aumentado.
El cambio de entropía debido a un cambio de temperatura (calentamiento o
enfriamiento) de una muestra, a presión constante, se calcula usando la
ecuación
Objetivo: Medir el cambio de entropía que conlleva un proceso de
equilibrio térmico.
Hipótesis: Podremos determinar la entropía por medio de las
fórmulas y los calculos correctos de la temperatura, comprobando
si el agua a temperatura ambiente tiene menor entropía que el agua con
mayor temperatura.
OBSERVACIONES:
El experimento constabade determinar la entropía en un sistema que
consistía de dos masas de agua a diferente temperatura, calculamos las
entropías iniciales de las dos masas de agua y tomando en cuenta que al
tener mayor temperatura una de las masas de agua esta tendría mas
entropía siendo sus moléculas mas dispersas. Colocamos las dos
masas de agua en un calorímetro que
sería un sistema adiabatico para que las medidas de la temperatura
fueran mas exactas, después de un momento las dos temperaturas se
equilibraron, al no tener forma de revertir al instante las dos masas de agua a
su estado inicial la entropía del
sistema aumenta.
La variable que tiene mayor interés en esta practica fue la
temperatura, al no tener cambios en el volumen o la presión.
Finalmente comparamos el cambio de entropía inicial con la
entropía final siendo la entropía final mayor.
Conclusiones
Con este experimento pudimos comprobar que el agua a mayor temperatura
tenía una entropía mayor en comparación con su
entropía estando a temperatura ambiente, calculando las entropías
de las dos masas y comparandolas. Posteriormente calculamos la
entropía de la mezcla de las dos masas de agua en un calorímetro
adiabatico al llegar a un equilibrio térmico, con esto llegando a
la conclusión de que la diferencia de entropías entre las dos
masas de agua a diferentes temperaturas era igual a la entropía de la
masa de agua contenida en el calorímetro, formada por la mezcla de las
dos masas de agua iniciales.
