Para la segunda ley de la termodinámica, la entropía es la grandeza que está destinada a estudiar el desorden de las partículas. Es decir, su grado de agitación o movimiento.
En los estudios de termodinámica, usamos la letra S para representar esta magnitud física. En la fórmula general de la variación de la entropía, tenemos que S – So es equivalente a Q (cantidad de calor) / T (temperatura).
A partir de este sistema y de lo que la segunda ley de la termodinámica se centra, esta área de la física está interesada en el intercambio de calor y sus efectos en los cuerpos. A continuación, se explica más sobre la entropía.
Un experimento para entender la entropía y el desorden
Como se ha dicho, la entropía estudia el grado de agitación o trastorno de las partículas. Sin embargo, este trastorno no significa un desorden, ya que es sólo una forma de organización del sistema, y no juzgamos las organizaciones como positivas o negativas dentro de la física.
Después de todo, este no es el principal campo de observación. El interés aquí es analizar cómo se comportan las partículas dentro de su sistema, para observar los intercambios de energía que tienen lugar entre ellas y, también, la variación de la entropía.
A partir de esto, hay algunos experimentos muy simples con los que se puede experimentar para entender cómo es un sistema desorganizado y evaluar su entropía.
Primero, separar dos vasijas, preferiblemente las mismas, y llenarlas ambas con canicas de colores. Tengan cuidado de dejar un color en cada maceta, terminando con una maceta con bolas oscuras y otra con bolas claras, por ejemplo.
Luego, agregue las aberturas de las dos ollas, dejando una de ellas al revés sobre la otra. Obsérvese que las canicas permanecen en su organización original, las oscuras separadas de las claras.
Para hacer que estas canicas tiemblen, balancea los frascos sin separarlos, y esto hará que las canicas se mezclen. Luego, observe nuevamente la organización de los mármoles y comprenda lo difícil que sería seguir moviendo las vasijas hasta que vuelvan a su organización original.
En este sistema, al aumentar el desorden de las canicas, la entropía también ha aumentado. En otras palabras, podemos decir que la variación de la entropía es positiva en las vasijas de mármol.
Surgimiento de la entropía
Fue el investigador francés Nicolas Sadi Carnot quien comenzó a desarrollar el concepto más cercano a la entropía, pero no fue hasta 1865 que Rudolf Clausius utilizó por primera vez el término con su definición completa, creando la fórmula matemática para la variación de la entropía.
También definió que la variación de la entropía se daría en J/K, siendo la cantidad de calor transferido (Q) en Jules y la temperatura (T) en Kelvins, según el sistema internacional.
Segunda ley de la termodinámica
La segunda ley de la termodinámica, estructurada por Sadi Carnot, estudia la irreversibilidad de los fenómenos físicos de intercambio de calor. Carnot avanzó en sus estudios observando las máquinas térmicas.
A partir de esta observación, verificó que el intercambio de calor siempre ocurrió desde las estructuras más calientes a las más frías, y puede confirmar que los intercambios siempre siguen este flujo.
Finalmente, verificó que el trabajo depende de la energía térmica, ya que es a partir de la transferencia de calor que las máquinas pueden producir trabajo al final de la secuencia.
Así se creó el ciclo de Carnot, que prueba que mientras hay una parte trabajando con altas temperaturas, en el otro lado está la otra parte trabajando con temperaturas más bajas.
De esta manera, el trabajo puede ser generado en ambas direcciones. Un ejemplo de un sistema que absorbe el calor son los motores. Y también un ejemplo de un sistema que pierde calor son los refrigeradores.
Fuerzas asociadas a la entropía
La fuerza entrópica, así llamada, existe como prueba de que un sistema siempre tiende a permanecer o volver a su estado de desorden, donde hay mayor entropía. Aquí hay algunos ejemplos:
Polímeros
La fuerza elástica de los polímeros es una especie de fuerza entrópica porque, en su estado relajado, las partículas de un polímero se desorganizan. Así, al estirar un trozo de goma, las partículas se alinean, creando una fuerza para relajarse de nuevo.
Fuerza hidrofóbica
La fuerza hidrofóbica también representa una fuerza que reúne las partículas en un estado de desorganización. Esto se debe a que cuando se liberan las moléculas de agua, hay un aumento de la entropía en el sistema.
Gravedad
La gravedad ya ha sido considerada una fuerza entrópica por la física, pero hay controversias.
Por lo tanto, según las definiciones y características de la entropía, se puede concluir cómo su historia está relacionada con las máquinas térmicas, la segunda ley de la termodinámica y muchos otros estudios antiguos, pero que han aportado grandes descubrimientos en el mundo de la física y la ciencia.