Entropía

La primera ley de la termodinámica se formula cuantitativamente mediante una ecuación que relaciona la energía interna de un sistema, el calor intercambiado por él y el trabajo realizado sobre él. Una formulación cuantitativa de la segunda ley de la termodinámica conduce a definir una función de estado, la entropía.

Cuando un gas ideal se expande de forma isotérmica, el desorden en el gas aumenta. Desde una perspectiva molecular, las moléculas de gas tienen más volumen para moverse.

Considera un paso infinitesimal en la expansión, que es un proceso reversible e isotérmico. Se puede demostrar que el aumento porcentual del volumen del gas ideal está directamente relacionado con la magnitud de calor que recibe de su entorno y de manera inversa a la temperatura en la que se expande. Esta observación motiva la definición cuantitativa del cambio de entropía.

El cambio infinitesimal de entropía se define mediante el calor infinitesimal transferido dividido por la temperatura a la que se transfiere. La definición solo es válida para procesos reversibles. La entropía tiene la unidad de Jules por kelvin.

Cuando se integra el cambio infinitesimal de entropía, se obtiene un cambio finito de entropía para un proceso reversible. Se puede añadir una constante arbitraria porque solo el cambio de entropía es importante.

Por ejemplo, la entropía de un gas ideal sometido a una expansión reversible e isotérmica aumenta. Se puede demostrar que al igual que la energía interna de un sistema, que aparece en la primera ley de la termodinámica, la entropía también es una función de estado. La segunda ley de la termodinámica se puede reformular con la ayuda de la definición cuantitativa del desorden a través de la entropía.