Entropía y la Segunda Ley de la Termodinámica

La segunda ley de la termodinámica se puede expresar cuantitativamente utilizando el concepto de entropía. La entropía es la medida del desorden del sistema.

La relación entre la entropía y el desorden se puede ilustrar con el ejemplo del cambio de fase del hielo al agua. En el hielo, las moléculas están ubicadas en sitios específicos, lo que da un estado sólido, mientras que en forma líquida, estas moléculas son mucho más libres de moverse. La disposición molecular se ha vuelto más aleatoria. Aunque el cambio en la energía cinética promedio de las moléculas del reservorio de calor es insignificante, hay una disminución significativa en la entropía del reservorio porque tiene muchas más moléculas que el cubo de hielo derretido. Sin embargo, la disminución en la entropía del reservorio no es tan significativa como el aumento en la entropía del hielo. Por lo tanto, la entropía del universo aumenta.

La segunda ley de la termodinámica aclara que la entropía del universo nunca disminuye durante ningún proceso termodinámico. Cuando el proceso es reversible, el cambio de la entropía se calcula mediante ΔS = Q/T. ¿Pero qué sucede si la temperatura llega a cero kelvin? Resulta que la temperatura absoluta cero no es alcanzable, al menos no a través de un número finito de pasos de enfriamiento. Esto es una afirmación de la tercera ley de la termodinámica, cuya demostración requiere la mecánica cuántica.