Grandes resultados de la Física: La entropía

Con esta nueva linea de posts me he marcado como objetivo exponer a los que me visitáis (pocos por lo selecto del auditorio) los resultados más llamativos e influyentes de la física de una forma comprensible e intentando ahorrar lenguaje matemático, usándolo sólo para respaldar los puntos más conflictivos. En este primer post pretendo abordar el problema de la entropía:

Recordemos la ecuación de estado del gas ideal: p·V=n·R·T; la ecuación de estado nos liga la evolución de las variables p, V y T (presión, volumen y temperatura) en un sistema termodinámico. Definiremos como isoterma a la línea en la gráfica p(V) que corresponde a una T=cte. Otra cantidad que definiremos es el trabajo (W) que el gas realiza (o que realizamos sobre él), y que vendrá definido como la variación de volumen a presión constante w = p·(V(final) - V(inicial)). Con estas bases, definimos el trabajo cuasiestático como aquel en el que el sistema está en equilibrio mecánico. Una línea de trabajo cuasiestático en la representación p(V) (espacio de las fases) será una línea en la que el sistema evoluciona lo suficientemente despacio como para considerar que en cada instante de tiempo está en equilibrio.

Ideemos ahora un ciclo de trabajos como el de la figura, en el que realicemos el recorrido i-f-i; la diferencia entre el trabajo adiabático (cuasiestático) y el trabajo arbitrario será justo el calor que se emite en el proceso. Esto es fácil de ver si pensamos en un ciclo adiabático puro, ya que tanto la "ida" como la "vuelta" la haríamos por un camino que implica equilibrio mecánico, y por tanto no se emitiría calor.

Acabamos de idear un sistema de reversibilidad de estados, una forma de volver del estado final al inicial, y vemos que, de hacerla por el camino adiabático, no se generaría//absorbería calor. Es intuitivo ver que el ciclo reversible es aquel que no implica calor (ya que el calor es una forma de disipación energética, porque podemos convertir toda la energía en calor, pero no todo el calor en energía). Este último resultado se conoce como "el segundo principio de la termodinámica en la forma de Kelvin-Plank". Su demostración nos llevará a la definición de irreversibilidad y al significado físico de la entropía.

Pero eso, para otro post, que tampoco os quiero aburrir.