Entropía

La física es un campo muy extenso, una ciencia natural que se encarga de estudiar la energía, materia y espacio utilizando las leyes fundamentales. Esta ciencia tiene varias ramas importantes entre las cuales se encuentra la entropía, un término utilizado para referirse al grado de equilibrio que existe en un sistema de tipo termodinámico. Cabe mencionar que es un concepto de suma importancia en la segunda ley de la termodinámica.

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Termodinámica

¿Qué es la entropía?

La entropía es un proceso que origina la pérdida del orden en un sistema determinado. Es una propiedad del estado de la materia en el cual únicamente importa el estado inicial y el estado final, sin importar el camino que se recorra para pasar de uno a otro.

Significado

La entropía es una palabra que proviene del griego y que se refiere a la magnitud física y termodinámica. Es el estudio de la acción mecánica que puede llegar a producir el calor u otras formas de energía que permite establecer el orden que se encuentra dentro de un sistema en una determinada situación respecto al o a los que realizaban la acción con anterioridad.

Es una función propiamente de estado en donde una magnitud física le da las características al estado de un sistema que tiene equilibrio extensivo para luego describir todo lo reversible que tiene el sistema en su parte física.

Características de la entropía

Entre las principales características de la entropía se mencionan las siguientes:

• Puede aumentar en el momento en que el calor es suministrado de forma independiente del hecho que dicta si la temperatura sufre un cambio o no.
• Tiene la capacidad de reducirse cuando el calor es rechazado.
• En procesos de tipo adiabáticos, la entropía siempre se mantendrá de forma constante.
• Puede contabilizar la cantidad de cosas que se presentan en una determinada propiedad.
• Puede que tome en cuenta únicamente las características que sean de interés.
• Depende de la distribución de las cosas.
• Es capaz de general valores contradictorios conforme la descripción del objeto cambia.
• Es representada por medio de la letra S.
• No puede ser calculada utilizando términos absolutos.

Historia

El concepto de la entropía nació como una respuesta a la observación sobre una cantidad determinada de energía que era liberada en las reacciones de combustión en las cuales se perdía energía por medio de la disipación o la fricción sin que se produjera trabajo útil. En el año 1850, Rudolf Clausius logró establecer el concepto de termodinámica y postuló la tesis que decía que en cualquier tipo de proceso irreversible, una muy pequeña cantidad de energía térmica podía ser gradualmente disipada.

Fue de esta manera como este científico desarrolló más ideas con respecto a la energía perdida nombrando el proceso como entropía. Entre los año 1890 y 1900, varios físicos crearon la mecánica estadística, una teoría que obtuvo una importante influencia del concepto de entropía. Conforme pasaron los años, el término fue mejorando y desarrollando y actualmente, el término es aplicado a muchos campos.

Entropía en termodinámica

Es importante recordar que la termodinámica es una rama de la física que se encarga de describir y de relacionar las diferentes propiedades físicas que tienen los sistemas por medio del estudio y el análisis de los intercambios de calor que se dan en aquellos cuerpos que se exponen al calor. En la termodinámica, la entropía está relacionada con la Segunda Ley de la termodinámica en la cual se establece que el calor no puede ser transmitido espontáneamente desde un cuerpo que tenga una determinada temperatura hacia otro cuerpo que tenga una temperatura mayor.

En la termodinámica, la entropía de un sistema se encuentra relacionada y asociada con cierto grado de desorden por esta razón se establece que, mientras mayor desorden exista mayor entropía del sistema existirá. Basado en la Segunda Ley, se estableció que la entropía en la termodinámica es la medida que hay en cuanto a las restricciones para que un determinado proceso pueda ser realizado indicando también la dirección que tenga el proceso.

Tipos

Existen dos tipos de entropía, los cuales son:

• Negativa: es conocida también como sintropía y se la que se exporta de un sistema o se libera para poder mantener los niveles de entropía bajos. El término fue desarrollado por Erwin Schródinger en el año 1943.
• Positiva: en este caso, la entropía se presenta en aquellas que cosas que tienen una desorden molecular mayor y por lo tanto habrá mayor entropía.

Fórmula

La fórmula de la entropía es la siguiente:

ΔS= incremento de entropía = Sf – Si.

Unidades

La unidad que se utiliza en la entropía se basa en el sistema internacional de medidas y se utiliza para ello el J/K.

Reversibilidad

Para poder llevar un determinado sistema hasta su estado original un trabajo mayor que el que es producido deberá de ser aplicado, esto puede ocasionar que se de una transferencia de calor hacia lo que lo rodea produciendo un aumento en la entropía global.

Entropía en química

En el campo de la química, la entropía se refiere a la entropía que se puede observar en la formación de un determinado compuesto químico. En este caso, el mínimo de la entropía está relacionado con la presencia de átomos que están presentes en una sustancia totalmente ordenados produciendo una estructura cristalina perfecta.

Entropía en otras áreas

La entropía puede ser aplicada a otras áreas, por ejemplo:

• Psicología: en este caso se refiere a los sistemas sociales en los cuales los seres humanos tienen diferencias y similitudes al mismo tiempo, diferencias que deben de ser preservadas para aumentar las posibilidades.
• Informática: en la informática, la entropía es la medida de la incertidumbre que está presente ante una serie de mensajes, de los cuales finalmente únicamente será recibido uno de ellos. Es un tipo de medida de información que se utiliza para poder eliminar o disminuir la incertidumbre.
• Lingüística: en este campo, la palabra se refiere a la manera en la que se organiza y se difunde toda la información en un discurso para poder elaborar un análisis que tenga mayor profundidad en el proceso de la comunicación.
• Teorías de la información: aquí es el grado de incertidumbre que existe con respecto a un conjunto determinado de datos.

Aplicaciones

Algunas aplicaciones de la entropía son las siguientes:

• La fórmula de la entropía puede ser utilizada en todo tipo de modelo energético, por ejemplo, en las cámaras de combustión de los automóviles.
• Para el estudio del proceso de formación de las sustancias tomando como punto de partida los elementos que las constituyen.
• En el estudio de los agujeros negros.
• En el campo de la lingüística principalmente aplicado en el campo de la semiótica.
• Se utiliza también en la teoría de la información para determinar el grado de incertidumbre que existe en un conjunto de datos.
• En topología, donde está relacionado con las cantidades reales de un sistema.

Importancia

Es importante porque es un medio ideal para poder medir cuantitativamente la función de un sistema. Es un término importante principalmente para el campo de la física y la química y para otras ciencias como la lingüística, las matemáticas y la informática.

Ejemplos en la vida cotidiana

Algunos ejemplos de entropía que podemos observar en la vida cotidiana son los siguientes:

• Al romper un plato. En este caso el plato es visto como un sistema completamente ordenado y además equilibrado. Cuando se rompe en pedazos, se convierte en un suceso natural que no se presenta de forma espontánea si lo vemos en sentido inverso.
• La descomposición radioactiva porque es un proceso que no puede ser reversado y produce la liberación de grandes cantidades de energía.
• Una habitación que originalmente se encontraba ordenada pero que tiempo después se encuentra en completo desorden.