Entropia

Entropía Principios

Entropía, del griego ἐντροπία que significa evolución o transformación, como una medida de la capacidad para que se realizase el cambio.

En el vasto y misterioso cosmos, los agujeros negros se alzan como uno de los enigmas más intrigantes y cautivadores de la física teórica. En medio de su poderosa atracción gravitatoria y su capacidad para tragar incluso la luz, surge una fascinante pregunta: ¿qué sucede con la información que cae en su interior? La respuesta a este enigma cósmico reside en la mente brillante del renombrado físico Stephen Hawking y su revolucionaria teoría de la radiación de Hawking.

                   Fig. Entropía de la radiación de Hawking  (Black Hole) 

                            

A medida que nos aventuramos en el reino de la física de agujeros negros, nos encontramos con la sorprendente noción de que estos objetos aparentemente oscuros y devoradores no son tan impenetrables como podríamos haber imaginado. La radiación de Hawking, un fenómeno predicho por Hawking en la década de 1970, plantea la posibilidad de que los agujeros negros no sean solo voraces tragones, sino también fuentes de emisión radiante que eventualmente llevan a su evaporación. Esta asombrosa idea, que vincula la mecánica cuántica y la relatividad general, nos lleva a explorar la entropía en el contexto de los agujeros negros: una medida fundamental de desorden y efusividad que desafía nuestra comprensión convencional del universo.

                                  

                                                         Fig.  Quasar, Black Hole 

La entropía es un concepto fundamental en la termodinámica que se utiliza para medir el grado de desorden o la falta de disponibilidad de la energía en un sistema. Tiene múltiples definiciones y aplicaciones en diversos contextos, incluyendo las máquinas térmicas. Aquí te proporciono cuatro de las definiciones más aceptadas de entropía y cómo están relacionadas con las máquinas térmicas:

1. Entropía como medida del desorden

Esta es una definición intuitiva que se refiere a la tendencia natural de los sistemas a pasar de estados más ordenados a estados más desordenados con el tiempo. En el contexto de las máquinas térmicas, las máquinas trabajan transformando la energía térmica de una fuente caliente a una fuente fría, y durante este proceso, parte de la energía se disipa como calor no útil debido a la inevitabilidad de la creciente entropía. La entropía aumenta a medida que la energía térmica se distribuye de manera más uniforme en el sistema y en su entorno, lo que limita la eficiencia de las máquinas térmicas.

2. Entropía como medida de la disponibilidad de energía 

En el contexto de las máquinas térmicas, la entropía también puede interpretarse como una medida de la cantidad de energía térmica que no puede convertirse en trabajo útil en un proceso dado. Cuanto mayor sea la entropía de un sistema, menor será la cantidad de energía térmica disponible para realizar trabajo mecánico. Esto se relaciona con la eficiencia de las máquinas térmicas, ya que una mayor entropía reduce la cantidad de energía térmica convertida en trabajo útil.

3. Entropía como relación entre calor y temperatura 

Una definición matemática de la entropía es la relación entre la cantidad de calor transferido en un proceso reversible y la temperatura absoluta a la que ocurre la transferencia de calor. Esto se expresa en la ecuación ΔS = ΔQ / T, donde ΔS es el cambio en la entropía, ΔQ es la cantidad de calor transferido y T es la temperatura en Kelvin. En el contexto de las máquinas térmicas, esta definición se relaciona con la cantidad de calor transferido entre la fuente caliente y la fuente fría en un ciclo termodinámico.

4. Entropía y la Segunda Ley de la Termodinámica 

La entropía está vinculada a la Segunda Ley de la Termodinámica, que establece que en un sistema aislado, la entropía nunca disminuye con el tiempo y tiende a aumentar o mantenerse constante en procesos naturales. En el caso de las máquinas térmicas, esta ley impone limitaciones en la eficiencia y el rendimiento de estas máquinas, ya que no es posible construir una máquina térmica que convierta completamente todo el calor en trabajo mecánico sin ninguna pérdida de calor.

Una consecuencia del segundo principio es que cualquier sistema aislado tiende a evolucionar hacia un estado de máxima entropía, en cuyo momento alcanza el equilibrio.

La palabra entropía fue utilizada Por Clausius para medir el grado de desorden de un sistema.

En resumen, la entropía desempeña un papel crítico en la comprensión del funcionamiento y la eficiencia de las máquinas térmicas, al limitar la cantidad de energía térmica que puede convertirse en trabajo útil y al establecer restricciones fundamentales en los procesos termodinámicos.

Video de la Entropía el Universo Mecánico