Ley de la entropía
Las leyes de la termodinámica definen un grupo de magnitudes físicas, como la temperatura, la energía y la entropía, que caracterizan a los sistemas termodinámicos en equilibrio termodinámico. Las leyes también utilizan diversos parámetros de los procesos termodinámicos, como el trabajo y el calor termodinámicos, y establecen relaciones entre ellos. Enuncian hechos empíricos que sirven de base para excluir la posibilidad de ciertos fenómenos, como el movimiento perpetuo. Además de su uso en termodinámica, son importantes leyes fundamentales de la física en general, y son aplicables en otras ciencias naturales.
Tradicionalmente, la termodinámica ha reconocido tres leyes fundamentales, denominadas simplemente con una identificación ordinal, la primera ley, la segunda ley y la tercera ley[1][2][3] Una declaración más fundamental fue etiquetada posteriormente como la ley zeroth, después de que se hubieran establecido las tres primeras leyes.
La ley zeroth de la termodinámica define el equilibrio térmico y constituye la base para la definición de la temperatura: Si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercer sistema, entonces están en equilibrio térmico entre sí.
Entropía
ResumenSe sabe que las leyes de la termodinámica, a pesar de su amplia aplicabilidad, se rompen cuando los sistemas están correlacionados con sus entornos. Aquí generalizamos la termodinámica a escenarios físicos que permiten la presencia de correlaciones, incluyendo aquellos en los que están presentes fuertes correlaciones. Explotamos la conexión entre la información y la física, e introducimos una redefinición consistente de la disipación de calor contabilizando sistemáticamente el flujo de información del sistema al baño en términos de la entropía condicional. Como consecuencia, la fórmula de la energía libre de Helmholtz se modifica en consecuencia. Este remedio no sólo soluciona las aparentes violaciones del principio de borrado de Landauer y de la segunda ley debido a los flujos de calor anómalos, sino que también conduce a una reformulación generalmente válida de las leyes de la termodinámica. En este enfoque teórico de la información, las correlaciones entre el sistema y el entorno almacenan el potencial de trabajo. Así, según este punto de vista, los flujos de calor anómalos aparentes son los procesos de refrigeración impulsados por dichos potenciales.
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Para evitar confusiones, los científicos hablan de los valores termodinámicos en referencia a un sistema y su entorno. Todo lo que no forma parte del sistema constituye su entorno. El sistema y el entorno están separados por un límite. Por ejemplo, si el sistema es un mol de gas en un recipiente, el límite es simplemente la pared interior del propio recipiente. Todo lo que está fuera del límite se considera el entorno, que incluye el propio recipiente.
La frontera debe estar claramente definida, de modo que se pueda decir con claridad si una determinada parte del mundo está en el sistema o en los alrededores. Si la materia no puede atravesar el límite, se dice que el sistema es cerrado; en caso contrario, es abierto. Un sistema cerrado puede seguir intercambiando energía con el entorno, a menos que se trate de un sistema aislado, en cuyo caso ni la materia ni la energía pueden atravesar la frontera.
Equilibrio termodinámico
Las leyes de la termodinámica se refieren a las relaciones entre el calor y la energía mecánica, eléctrica y otras formas de energía o trabajo. Las leyes sólo son válidas cuando se aplican a sistemas en equilibrio térmico y no a sistemas en proceso de cambio rápido o con estados de transición complicados. Un sistema que está casi siempre en equilibrio se llama sistema reversible.
La primera ley de la termodinámica es el replanteamiento de la conservación de la energía. Matemáticamente, se lee Δ Q = Δ U + Δ W, donde Δ Q es la energía térmica suministrada al sistema, Δ U es el cambio en la energía interna, y Δ W es el trabajo realizado por el sistema contra las fuerzas externas. Hay que destacar que estas cantidades se definen en términos generales. La energía interna incluye no sólo la energía mecánica, sino también la energía rotacional y vibratoria de las moléculas, así como la energía química almacenada en las fuerzas interatómicas. El trabajo no es sólo mecánico, sino que incluye otras formas, como el trabajo realizado por las corrientes eléctricas.
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