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Entropía

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Entropía es un principio termodinámico fundamental utilizado para describir la transferencia de calor en un sistema.

El término que entropía es a menudo considerada una medida del "desorden" de un sistema y la segunda ley de Estados de termodinámica que si el sistema es sometido a un proceso irreversible, entonces la entropía del sistema siempre aumentan.

Pensar en el gas atrapado en un recipiente con volumen conocido, la presión y la temperatura. Las moléculas del gas pueden tener un enorme número de posibles configuraciones de los. Si se abre el recipiente, las moléculas del gas de escape y el número de configuraciones aumenta dramáticamente, esencialmente acercarse a infinito. Por lo tanto S, que indica la entropía, aumenta definitivamente después de abrir el envase. Así, ΔS, o el cambio de entropía, es mayor que cero.

Del mismo modo, entropía también aumenta cuando la agua caliente se dejó a temperatura ambiente y dejar enfriar. En este video, ilustramos cómo medir el cambio en la entropía de un sistema durante esos experimentos de enfriamiento.

Antes de aprender a hacer el experimento y de recopilar datos, vamos a aprender algunas leyes y ecuaciones que permiten calcular la tasa de cambio de temperatura y aumento de la entropía durante experimentos de enfriamiento.

Ley de enfriamiento de Newton indica que la tasa de cambio de temperatura de un objeto es proporcional a la diferencia entre su propia temperatura y la temperatura de los alrededores. Usando cálculo, esta relación se puede convertir en esta ecuación, donde la t minúscula representa tiempo Ts denota la temperatura de los alrededores, T0 es la temperatura inicial y k es una constante que depende de las características del objeto y su entorno.

Usando esta ecuación, se puede calcular la temperatura de un sistema de enfriamiento en cualquier momento si se conocen todas las variables. Esta ecuación también muestra que la temperatura es una función exponencial del tiempo. Así, cuando un objeto caliente, como un vaso de agua caliente, se coloca en un ambiente más fresco, su temperatura disminuirá a un ritmo exponencial hasta alcanzar la temperatura de los alrededores.

Ahora, vamos a ver cómo calcular el cambio en entropía o ΔS. Vamos a rebobinar hasta cuando el agua estaba caliente.

Al hablar de entropía, en primer lugar debemos definir el sistema. Aquí, el sistema es el vaso de agua y el aire de la habitación. Así que el cambio en entropía del sistema, o ΔStotal es una suma del cambio en las entropías de los componentes individuales. Matemáticamente, el cambio en la entropía se define como el calor ganado o perdido, por Q, dividido por la temperatura.

En este escenario, sabemos que el calor sale agua, así ΔS de agua disminuye. Por el contrario, el aire gana calor. Por lo tanto, aumenta el aire deSde Δ. De la segunda ley de la termodinámica, sabemos que el cambio en entropía del sistema total debe ser positivo.

Ahora vamos a ver cómo llevar a cabo un experimento para probar estas predicciones teóricas de Newton de la ley de enfriamiento y la segunda ley de la termodinámica.

Para empezar, llene un vaso de precipitados grande con 500 ml a un litro de agua. Coloque el vaso sobre un plato caliente y calentar el agua a ebullición. Una vez que el agua hierva, apague el elemento calefactor.

Luego, cuidadosamente Quite el vaso de la placa caliente y coloque sobre la mesa encima de toallas de papel. Las toallas de papel actúa como aislante entre el agua y la mesa de fresca. Medir la temperatura del agua con el termómetro.

Inicie el cronómetro y registrar la temperatura del agua cada minuto durante los primeros 20 minutos.

Durante los siguientes 20 minutos, registrar la temperatura cada 5 minutos.

Deje de tomar medidas cuando el agua ha llegado cerca de temperatura ambiente. Luego, trazar los puntos de datos en un gráfico de temperatura del agua versus tiempo.

Ahora vamos a analizar los datos obtenidos. La temperatura inicial del agua era de 100 grados, a 35 minutos, la temperatura cayó a 50,6, y la temperatura ambiental fue de 28,5 grados. Conecte estos valores en la ley de enfriamiento de Newton y resolver para el enfriamiento constante k.

Ahora usando el valor calculado de k, parcela la ecuación como una función continua. Si dejamos nuestros puntos de datos medidos en este cuadro, podemos ver que las funciones teóricas y experimentales siguen un camino casi idéntico.

Ahora vamos a hablar de entropía. Como sabemos, el cambio total de entropía, o delta S, es igual al cambio de entropía para el agua además de la sala.

El cambio en entropía es igual a Q, o la cantidad de calor transferido del agua caliente al aire, dividido por T, por lo que el cambio en la entropía puede calcularse si se conoce Q.

Q puede ser calculado utilizando la relación entre la masa, m, calor específico, c y el cambio de temperatura en Kelvin, delta T. utilizando los valores de agua la cantidad de calor liberado por el agua, Q puede ser calculado y utilizado para resolver para delta S.

Así, los datos experimentales demuestran que la entropía del sistema total ha aumentado ya que el calor fue trasladado desde el agua a las moléculas de aire en la habitación. Esto valida la segunda ley de la termodinámica.

Entropía y segunda ley de la termodinámica describen una amplia gama de ocurrencias en naturaleza e ingeniería.

Un refrigerador es esencialmente una bomba de calor y elimina calor de un lugar a baja temperatura, la fuente de calor y lo transfiere a otro lugar, el disipador de calor, a una temperatura superior.

Según la segunda ley, el calor no puede fluir espontáneamente desde un lugar frío a uno más caliente. Así, el trabajo o energía, es necesaria para la refrigeración.

Una fogata es otro ejemplo de los cambios de entropía en la vida real. La madera utilizada como combustible se quema y se convierte en una desordenada pila de ceniza. Además, se liberan las moléculas de agua y dióxido de carbono.

Los átomos en los vapores se extensión en una nube de expansión, con infinitos arreglos desordenados. Así, el cambio de entropía de la quema de madera es siempre positivo.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a la entropía y la segunda ley de la termodinámica. Ahora debe entender el concepto básico de entropía, de Newton ley de enfriamiento y ejemplos de los cambios de entropía en la vida cotidiana. ¡Gracias por ver!

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