Entropía y la Segunda Ley de la Termodinámica

La segunda ley de la termodinámica se puede enunciar a través de la cantidad física, la entropía. Afirma que en cualquier proceso irreversible, el universo se vuelve más desordenado.

Consideremos un gas ideal de 'n' moles que experimenta una expansión libre adiabática, que es un proceso irreversible. Dado que la entropía es una función de estado, su cambio durante este proceso se puede calcular considerando un proceso reversible con los mismos estados inicial y final.

Este proceso reversible se puede aproximar a una expansión isotérmica.

Se encuentra que el cambio de entropía total depende de la relación de los volúmenes del gas antes y después de la expansión. Aquí, 'n' es la cantidad de gas y R, la constante de gas.

Como el medio ambiente no intercambia calor con el gas, su entropía permanece constante. Por lo tanto, la entropía total del universo ha aumentado.

La condición de cada molécula de gas, descrita por su posición y velocidad, constituye el microestado.

Un mayor volumen de gas implica más posibilidades de estas coordenadas para cada molécula, por lo tanto, un sistema más desordenado. Así, la entropía cuantifica el desorden.