¿Qué es la entropía?
• Responde: Isaac Asimov
La energía sólo puede ser convertida en trabajo cuando, dentro del sistema concreto que se esté utilizando, la concentración de energía no es uniforme. La energía tiende entonces a fluir desde el punto de mayor concentración al de menor concentración, hasta establecer la uniformidad. La obtención de trabajo a partir de energía consiste precisamente en aprovechar este flujo.
El agua de un río está más alta y tiene más energía gravitatoria en el manantial que en la desembocadura. Por eso fluye el agua río abajo hasta el mar. (Si no fuese por la lluvia, todas las aguas continentales fluirían montaña abajo hasta el mar y el nivel del océano subiría ligeramente. La energía gravitatoria total permanecería igual, pero estaría distribuida con mayor uniformidad.)
Una rueda hidráulica gira gracias al agua que corre ladera abajo: ese agua puede realizar un trabajo. El agua sobre una superficie horizontal no puede realizar trabajo, aunque esté sobre una meseta muy alta y posea una energía gravitatoria excepcional. El factor crucial es la diferencia en la concentración de energía y el flujo hacia la uniformidad.
Y lo mismo reza para cualquier clase de energía. En las máquinas de vapor hay un depósito de calor que convierte el agua en vapor, y otro depósito frío que vuelve a condensar el vapor en agua. El factor decisivo es esta diferencia de temperatura. Trabajando a un mismo y único nivel de temperatura no se puede extraer ningún trabajo, por muy alta que sea aquélla.
El término «entropía» lo introdujo el físico alemán Rudolf Emanuel Clausius en 1.850 para representar el grado de uniformidad con que está distribuida la energía, sea de la clase que sea. Cuanto más uniforme, mayor la entropía. Cuando la energía está distribuida de manera perfectamente uniforme, la entropía es máxima para el sistema en cuestión.
Clausius observó que cualquier diferencia de energía dentro de un sistema tiende siempre a igualarse por sí sola. Si se coloca un objeto caliente en contacto con otro frío, el calor fluye de manera que el primero se enfría y el segundo se calienta, hasta que ambos quedan a la misma temperatura. Si tenemos dos depósitos de agua comunicados entre sí y el nivel de uno de ellos es más alto que el del otro, la atracción gravitatoria hará que el primero baje y el segundo suba, hasta que ambos niveles se igualan y la energía gravitatoria queda distribuida uniformemente.
Clausius afirmó por tanto que en la naturaleza era regla general que las diferencias en las concentraciones de energía tendían a igualarse. O digámoslo así: que «la entropía aumenta con el tiempo».
El estudio del flujo de energía desde puntos de alta concentración a otros de baja concentración se llevó a cabo de modo especialmente complejo en relación con la energía térmica. Por eso, el estudio del flujo de energía y de los intercambios de energía y trabajo recibió el nombre de «termodinámica», que en griego significa «movimiento de calor».
Con anterioridad se había llegado ya a la conclusión de que la energía no podía ser destruida ni creada. Esta regla es tan fundamental que se la denomina «primer principio de la termodinámica».
La idea sugerida por Clausius de que la entropía aumenta con el tiempo es una regla general no menos básica, y se denomina «segundo principio de la termodinámica».
Enviado por: Paco Beruga.
Autor: Isaac Asimov. Doctor en química. Rusia.
Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet).