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Segunda ley de la termodinámica

1850
  • Sadi Carnot
  • Rudolf Clausius
  • William Thomson (Lord Kelvin)
Ingenieros diseñando un motor térmico eficiente en un laboratorio, ilustrando las aplicaciones de la termodinámica.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

La segunda ley introduce el concepto de entropía y define la dirección de los procesos espontáneos. Puede enunciarse de diversas maneras, pero una consecuencia clave es que la entropía total de un sistema aislado nunca disminuye con el tiempo. Esta ley explica la «flecha del tiempo» y por qué algunos procesos son irreversibles, como el flujo espontáneo de calor de un cuerpo caliente a uno frío.

La Segunda Ley es uno de los principios más profundos de la ciencia. Una de sus primeras formulaciones es la de Clausius: «El calor nunca puede pasar de un cuerpo más frío a uno más caliente sin que se produzca simultáneamente algún otro cambio relacionado». Otra es la de Kelvin-Planck: «Es imposible diseñar un dispositivo de funcionamiento cíclico cuyo único efecto sea absorber energía en forma de calor de un único depósito térmico y realizar una cantidad equivalente de trabajo». Ambas afirmaciones prohíben las máquinas de movimiento perpetuo del segundo tipo.

La novedad de la ley fue la introducción de la irreversibilidad en la física fundamental. Mientras que la Primera Ley tratos con conservación de la energíaLa Segunda Ley trata sobre la calidad de la energía y su inevitable degradación a formas menos útiles (calor residual). Ludwig Boltzmann posteriormente proporcionó una interpretación estadística, definiendo la entropía ([latex]S[/latex]) como una medida del número de posibles configuraciones microscópicas (microestados) que corresponden al estado macroscópico observado de un sistema. La fórmula [latex]S = k_B ln W[/latex] relaciona la entropía con la probabilidad estadística, explicando que los sistemas tienden a evolucionar hacia su estado más probable (de mayor entropía).

UNESCO Nomenclature: 2212
- Termodinámica, física estadística y materia condensada

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Revolucionario

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • El trabajo de Sadi Carnot sobre la fuerza motriz del fuego y el calor ideal. ciclo del motor
  • Observaciones de la ineficiencia inherente de las máquinas de vapor
  • La comprensión intuitiva de que el calor no fluye espontáneamente del frío al calor.
  • desarrollo de la teoría de la probabilidad y la estadística por Laplace y otros

Aplicaciones

  • Diseño de máquinas térmicas y refrigeradores eficientes (eficiencia de Carnot)
  • Ingeniería química para predecir la espontaneidad de las reacciones
  • teoría de la información, donde la entropía de Shannon es una medida del contenido de información
  • cosmología (la hipótesis de la "muerte térmica del universo")
  • Ciencia de los materiales para comprender el desorden y las transiciones de fase

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • entropy-driven self-assembling nanomaterials for electronics
  • motores de información que convierten la información en trabajo a microescala
  • Algoritmos para optimizar las redes energéticas minimizando la producción de entropía
  • ‘time-reversal’ data processing to correct errors in quantum computing by locally reducing entropy
  • Materiales biomiméticos con capacidades de autocuración impulsadas por gradientes de reducción de entropía local.
  • Procesos avanzados de desalinización que utilizan un aporte mínimo de energía mediante una gestión cuidadosa de los cambios de entropía.
  • Software para predecir el plegamiento de proteínas basado en principios de minimización de entropía y energía libre
  • criogénico cooling systems that approach the theoretical carnot efficiency limit
  • Análisis basado en la entropía para la volatilidad del mercado financiero y la predicción de caídas
  • Procesos de reciclaje de residuos que clasifican los materiales en función de sus firmas entrópicas mediante espectroscopia.
Relacionado con: segunda ley, entropía, irreversibilidad, flecha del tiempo, máquina térmica, enunciado de Clausius, enunciado de Kelvin-Planck, desorden, mecánica estadística, espontaneidad.

Contexto histórico

Segunda ley de la termodinámica

1845
1850
1850
1850
1850
1850
1851
1842
1847
1850
1850
1850
1850
1850
1851

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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