La segunda ley de la termodinámica es una ley fundamental de la naturaleza y, a menudo, resulta confusa para ingenieros y estudiantes debido a sus términos complejos y sus diversas formas de expresarla. En este artículo, proporcionaremos una visión física de esta ley con un mínimo de matemáticas.
Uno de los principales usos de la segunda ley de la termodinámica es determinar si un proceso es espontáneo o no. Consideremos algunos ejemplos: gases que se mezclan, aire que se escapa de un globo, un objeto que cae y té caliente que pierde calor. El proceso de pasar de un estado a otro se producirá de forma espontánea y sin ninguna ayuda externa. Sin embargo, el proceso contrario no ocurrirá de forma natural. Aquí es donde entra en juego la segunda ley de la termodinámica.
La conservación de energía, o la primera ley de la termodinámica, no proporciona la dirección de un proceso. La segunda ley determina la dirección considerando la entropía, que representa el desorden y la transferencia de calor. En un proceso espontáneo, la entropía del universo siempre aumenta. Esto se puede probar matemáticamente usando la desigualdad de Clausius, que establece que para un proceso cíclico como en un refrigerador, la suma de todas las interacciones de calor dividida por la temperatura en el límite será menor o igual a cero.
El cambio de entropía se puede definir como la suma del cambio en la producción de entropía y la transferencia de entropía. Usando esta definición de la desigualdad de Clausius, podemos demostrar matemáticamente que durante un proceso espontáneo, la entropía del universo siempre aumenta.
Consideremos un caso práctico: el té caliente absorbiendo o liberando calor. Si el cambio de entropía del universo es positivo, el té caliente puede liberar calor, pero si es negativo, sólo puede absorber calor.
Ahora, apliquemos la segunda ley a una reacción química. Si el cambio en la energía libre de Gibbs del sistema es menor o igual a cero, la reacción es factible. Esto es una ventaja porque podemos centrarnos sólo en el sistema sin preocuparnos por el entorno.
Esperamos que este artículo le brinde una buena idea de la segunda ley de la termodinámica.
