Entropía - Estado ¿Función pero no se conserva?

Question

Por la segunda ley de la Termodinámica podemos definir la función de estado Entropía hasta una constante aditiva mediante

$ \Delta S := \int{\frac{\delta Q_{rev}}{T}} $

Al mismo tiempo la segunda ley de TD nos da la desigualdad:

$dS := \frac{\delta Q_{rev}}{T} > \frac{\delta Q_{irrev}}{T}$

Por lo tanto, al pasar de un equilibrio A a un equilibrio termodinámico B que es irreversible, producimos Entropía - Por lo tanto, la entropía es una función de estado que no se conserva.

Cuando miro un Sistema aislado que es descrito por las variables de estado $(U,V,N) = const.$ en el que la entropía se produce a través de procesos internos irreversibles (es decir, todo el universo), ¿adónde va a parar? ¿No se supone que la entropía es constante, ya que es una función del estado y de la temperatura? $(U,V,N)$ ¿no cambian?

$S=S(U,V,N)$

Answer 1

Mientras que para un sistema aislado $U,V,N$ están todas bien definidas y permanecen constantes con el tiempo, la función de entropía $S=f(U,V,N)$ está bien definida sólo para un estado de equilibrio, lo que significa que las propiedades deben ser uniformes en todo el sistema. Un sistema aislado en equilibrio (bajo restricciones) puede contener, sin embargo, dos subsistemas, cada uno de los cuales se encuentra por separado en equilibrio, pero uno en un estado termodinámico distinto del otro. Digamos que tenemos un recipiente dividido en dos mitades por una pared adiabática, que contiene gas a diferente temperatura y presión en cada mitad. En este caso, no se puede calcular directamente la entropía de todo el sistema conociendo su estado total. $U,V,N$ porque las propiedades no son uniformes en todo el sistema. Aquí debemos calcular la entropía de todo el sistema sumando la entropía de todos los subsistemas, $S=S_1(U_1,V_1,N_1)+S_2(U_2,V_2,N_2)$ .

Si ahora se produce algún proceso en este sistema aislado, significa que se ha relajado alguna restricción dentro del sistema. Digamos que has hecho que la pared sea conductora, por lo que el calor fluye, y la temperatura de ambos subsistemas cambia hasta que se igualan. Observa que en este proceso $U_1,U_2$ de los dos subsistemas cambian aunque $U=U_1+U_2$ para todo el sistema permanece constante. Por lo tanto $S_1,S_2$ también cambian y lo mismo ocurre con $S=S_1+S_2$ aunque $U,V,N$ para todo el sistema no cambia. De hecho $S$ alcanza el valor máximo compatible con las restricciones actuales del sistema.

Answer 2

En el proceso irreversible que describes para un sistema aislado, la entropía es generado dentro del sistema como resultado de la disipación viscosa de la energía mecánica, la transferencia de calor bajo la acción de gradientes de temperatura finitos y la difusión de masa bajo la acción de gradientes de concentración finitos. Estos mecanismos de generación de entropía no están presentes (es decir, no son significativos) en los procesos reversibles. Si quiere determinar cuánta entropía se generó en su cambio irreversible, necesita idear un camino reversible que lleve a su sistema entre los mismos dos estados de equilibrio termodinámico. Sin embargo, el camino reversible no tiene por qué ser adiabático o no implicar ningún trabajo. Para este camino reversible, el cambio de entropía entre los dos estados será la integral de dQ/T. Este plan de juego le permite determinar la cantidad de entropía que se generó durante el proceso irreversible.

La entropía no es algo que deba conservarse (aunque sea una función de estado). Es algo que puede generarse, pero no destruirse.