Segunda ley de la termodinámica (en términos de entropía)

Según sus enlaces, un sistema aislado es:

En ciencia física, un sistema aislado es cualquiera de los siguientes:

1) un sistema físico tan alejado de otros sistemas que no interactúa con ellos.

2) un sistema termodinámico encerrado por paredes rígidas e inamovibles a través de las cuales no puede pasar ni la materia ni la energía.

Un sistema cerrado

En termodinámica, un sistema cerrado puede intercambiar energía (como calor o trabajo) pero no materia, con su entorno. Un sistema aislado no puede intercambiar calor, trabajo o materia con el entorno, mientras que un sistema abierto puede intercambiar energía y materia.

Soy partidario de la segunda ley formulada en términos de entropía y de entropía definida con mecánica estadística.

La interpretación de la entropía en mecánica estadística es la medida de la incertidumbre, o confusión en la frase de Gibbs, que permanece sobre un sistema después de que se han tenido en cuenta sus propiedades macroscópicas observables, como la temperatura, la presión y el volumen. Para un conjunto dado de variables macroscópicas, la entropía mide el grado en que la probabilidad del sistema se distribuye entre diferentes microestados posibles. En contraste con el macroestado, que caracteriza cantidades promedio claramente observables, un microestado especifica todos los detalles moleculares sobre el sistema, incluidas la posición y la velocidad de cada molécula. Cuantos más estados de este tipo estén disponibles para el sistema con una probabilidad apreciable, mayor será la entropía. En mecánica estadística, la entropía es una medida del número de formas en que se puede organizar un sistema, a menudo se toma como una medida de "desorden" (cuanto mayor es la entropía, mayor es el desorden). Esta definición describe la entropía como proporcional al logaritmo natural del número de posibles configuraciones microscópicas de los átomos y moléculas individuales del sistema (microestados) que podrían dar lugar al estado macroscópico observado (macroestado) del sistema. La constante de proporcionalidad es la constante de Boltzmann.

donde kB es la constante de Boltzmann, igual a 1.38065×10^−23 J/K. La sumatoria es sobre todos los posibles microestados del sistema, y ​​p_i es la probabilidad de que el sistema se encuentre en el i-ésimo microestado

Como todas las definiciones de entropía son equivalentes, esta formulación deja en claro que el enunciado de la segunda ley se refiere a sistemas aislados como se definió anteriormente.

Siguiendo la segunda ley de la termodinámica, la entropía de un sistema aislado siempre aumenta . La diferencia entre un sistema aislado y un sistema cerrado es que es posible que el calor no fluya hacia y desde un sistema aislado, pero sí es posible el flujo de calor hacia y desde un sistema cerrado.

Al considerar microestados, los intercambios de calor y energía son interacciones que aumentan el número de microestados para un sistema aislado, pero pueden dejar un sistema cerrado.

Por lo tanto, en contraste con la otra respuesta, concluyo que la segunda ley se trata de sistemas aislados. Puede ser que cerrado se considere sinónimo de aislado para el libro que estás citando.

La segunda ley de la termodinámica tiene muchas formulaciones casi equivalentes. Los tradicionales siempre asumen un sistema cerrado, no se necesita aislamiento: se permite la transferencia de energía tanto a través del calor como del trabajo.

Una formulación:

Cuando el sistema termodinámico pasa del estado de equilibrio 1 al estado de equilibrio 2, las entropías de estos dos estados obedecen a la relación

La entropía de cualquier estado de equilibrio$A$se define como la integral

dónde$R$es un estado de referencia apropiado y acordado,$U$es energía interna,$W$es el trabajo realizado por el sistema y$T$es su temperatura; la integración es a lo largo de cualquier camino en el espacio de estado termodinámico del sistema que conecta$A$con$R$.

2da ley en términos de entropía: La segunda ley de la termodinámica se puede expresar en términos de entropía. Si ocurre un proceso reversible, no hay cambio neto en la entropía. En un proceso irreversible, la entropía siempre aumenta, por lo que el cambio de entropía es positivo. La entropía total del universo aumenta continuamente.

A veces me he preguntado si el término sistema cerrado se usa ocasionalmente para referirse a un sistema aislado. Pero si es el caso, este no es universalmente el caso. Para volver a la Segunda Ley en términos de entropía, la Segunda Ley se aplica solo a un sistema aislado en equilibrio. Por ejemplo, si la cristalización ocurre en un sistema cerrado (como una caja de metal), la energía se transfiere al entorno y la entropía del sistema cerrado cae. Sólo si la caja y sus alrededores se consideran como uno solo (es decir, un sistema aislado) se ve que la entropía general aumenta.