Cambio de entropía en un proceso irreversible

Lo que dices es correcto: un proceso reversible y adiabático entre dos estados,$A$y$B$, no cambia la entropía ni del sistema ni de su entorno (alrededor). Un proceso irreversible y adiabático entre dos estados,$A'$y$B'$, aumenta la entropía del sistema. Las dos declaraciones se reconcilian al notar que si$A=A'$entonces$B\ne B'$y viceversa.

Otra forma de decir lo mismo, es que un ciclo irreversible y adiabático es imposible. De hecho, esta declaración es casi equivalente al axioma de Caratheodory (una formulación estándar de la segunda ley), a saber, que en cualquier vecindad de cualquier estado hay estados inaccesibles a través de un proceso puramente adiabático.

La aparente unilateralidad de esto, es una verbalización de la función de aumento de entropía, cuya existencia es una consecuencia matemática de la misma. Puedes sentir la intuición física de un aumento de entropía como una manifestación del exceso de trabajo gastado para compensar la irreversibilidad del proceso para llegar a un determinado estado.

Hay una fórmula general para obtener el cambio de entropía entre dos estados,$A$y$B$, de un sistema, que es:

$$\begin{equation} \Delta S_{A \rightarrow B} = \int_{\Gamma^{rev}(A \rightarrow B)} \: \frac{\delta Q_{rev}(\Gamma)}{T} \end{equation}$$

Esta fórmula establece que la variación de entropía de un sistema entre los estados$A$y$B$siempre se puede obtener (incluso para transformaciones "reales" irreversibles) mediante la integral de$\delta Q_{rev}/T$a lo largo de cualquier camino reversible que va desde$A$a$B$.

Por ejemplo, la ruta puede ser una combinación de transformaciones isotérmicas, isobáricas e isotérmicas; no importa mientras el camino vaya de$A$a$B$.

Si se considera un estado inicial$A$que sufre ya sea:

• una transformación adiabática reversible a un estado$B_r$

• una transformación adiabática irreversible a un estado$B_i$

Entonces, por definición de los términos reversible e irreversible , y el hecho de que la entropía es una función de estado, sabes (como lo enfatiza el usuario 31748) que$B_r$tiene que ser un estado diferente de$B_i$.

Esa es la naturaleza real de la transformación real (en su ejemplo, a menudo es una transformación monobárica y adiabática), que puede averiguar el estado$B_i$y mira lo diferente que es de$B_r$.

En particular, en la fórmula anterior, puede ver que la variación de entropía entre una transformación isobárica y adiabática, en comparación con una transformación monobárica y adiabática, es exactamente:

$$\begin{equation} \Delta S_{A \rightarrow B_i} = \Delta S_{B_r \rightarrow B_i} \int_{\Gamma^{rev}(B_r \rightarrow B_i)} \: \frac{\delta Q_{rev}(\Gamma)}{T} \end{equation}$$

para cualquier camino reversible que va desde$B_r$a$B_i$.

Pero cuando lo llevo a través de un proceso reversible adiabático al mismo estado que lo hice en el proceso irreversible,

Asumes que esto es posible, pero nadie lo ha logrado. Si alguien lo hiciera, contradiría la segunda ley de la termodinámica por la razón que mencionaste.

La entropía es una función de estado, ¡correcto! Pero la entropía en sí misma depende de cómo llegaste a ese estado (estado final).

En termodinámica, la entropía se considera la calidad del calor (calor/frialdad), mientras que la temperatura se considera la cantidad/grado de calor (calor/frialdad).

Los procesos reversibles (y adiabáticos, es decir, sin intercambio de calor) no interfieren con la estructura interna y la probabilidad de previsibilidad de los estados de cada molécula del sistema.

Mientras que los procesos irreversibles modifican definitivamente la estructura interna de los estados/posiciones de las moléculas del sistema (o se puede querer decir que las moléculas después de haber sido procesadas irreversiblemente ya no son tan predecibles). Esta es la razón por la que tales procesos se denominan irreversibles en primer lugar.

El concepto de Entropía no es intuitivo. Aunque, por ejemplo, si considera un acondicionador de aire, lo que encontrará en las aletas del evaporador del acondicionador de aire es que se intercambia principalmente entropía, no temperatura. Debido a que la entropía se intercambia (la entropía es como si el refrigerante del aire de la habitación la succionara), la temperatura del aire de la habitación baja automáticamente y la del refrigerante (fluido de trabajo) aumenta. El refrigerante al estar en forma de líquido frío se sobrecalienta (porque absorbió entropía de la habitación). Esta única rama del proceso (fuera de todo el ciclo de refrigeración) es isotérmica, es decir, temperatura constante. Pero al mismo tiempo la entropía hace lo suyo y enfría el aire de la habitación.

Aunque este ejemplo podría no ser el ejemplo perfecto, me ha funcionado bien para entender el concepto de entropía. Ahora puedo entender que no solo existe la temperatura (cantidad/grado de calor/frío) sino también la entropía (calidad del calor/frío).

Permítanme explicarlo en palabras simples sin ecuaciones.

Cuando tiene un sistema cerrado en el estado A, debe usar energía para convertirlo al estado B. Si el proceso de cambio del estado A al B no requiriera energía, el sistema ya estaría en el estado B.

Ahora, cuando tenga el sistema en el estado B y quiera devolverlo al estado A, nuevamente tendrá que usar energía para este propósito.

Este uso de energía para cambiar el estado del sistema es lo que aumenta la entropía. Cuanta menos energía se aplique, menor será el cambio de entropía, pero como siempre hay que gastar energía, aunque sea muy poca, la entropía cambiará con ella.