Entropía y la Segunda Ley
La Segunda Ley de la Termodinámica
La entropía mide lo repartida o desordenada que está la energía de un sistema. Siempre que el calor fluye hacia un objeto, su entropía sube — y la segunda ley dice que la entropía total de un sistema aislado nunca disminuye, solo se mantiene o crece. Por eso el calor fluye por sí solo de caliente a frío, y por eso los motores nunca pueden convertir todo su calor en trabajo útil.
La fórmula
ΔS = Q / T
- ΔS — cambio de entropía (J/K): cuánto aumenta la entropía del sistema
- Q — calor (J): la energía térmica que fluye hacia el sistema
- T — temperatura (K): la temperatura absoluta a la que se añade el calor
Ejemplo resuelto
600 julios de calor fluyen hacia un gran depósito de agua mantenido a 300 kelvin. ¿Cuánto aumenta la entropía del agua?
- Q = 600 J
- T = 300 K
- ΔS = Q / T
- ΔS = 600 J / 300 K
ΔS = 2 J/K
Ponte a prueba
Los mismos 600 julios de calor fluyen ahora hacia un depósito más frío a 200 kelvin. ¿Cuál es el cambio de entropía?
- 1200 J/K
- Respuesta correcta: 3 J/K
- 0.33 J/K
¡Correcto! ΔS = 600 J ÷ 200 K = 3 J/K. Un objeto más frío gana más entropía con la misma cantidad de calor.
¿Por qué el calor fluye de una taza caliente de café hacia el aire más frío de la habitación, y nunca al revés?
- Respuesta correcta: Porque esa dirección aumenta la entropía total
- Porque esa dirección disminuye la entropía total
- Porque ambas direcciones mantienen la entropía exactamente igual
Exacto — el mismo calor produce un mayor aumento de entropía en el aire frío que la que retira del café caliente, así que la entropía total sube.
Dónde lo ves
Un café caliente se enfría hasta la temperatura ambiente y nunca se recalienta espontáneamente; una taza que se cae se hace añicos y nunca se vuelve a unir; el hielo se derrite en tu bebida y nunca se vuelve a congelar allí. Cada uno de estos sucesos cotidianos de sentido único es la segunda ley mostrando su cara — cada uno ocurre como ocurre porque esa dirección aumenta la entropía total.
Errores comunes
Tratar la entropía como un sinónimo vago de desorden esconde la aritmética real: el cambio es el calor dividido entre la temperatura, ΔS = Q / T, así que 600 J que fluyen hacia un depósito a 300 K aumentan la entropía en 2 J/K. Luego, la mitad contraintuitiva: los mismos 600 J en un depósito más frío a 200 K dan 3 J/K — un objeto más frío gana MÁS entropía con el mismo calor, que es exactamente la razón por la que el calor fluye de lo caliente a lo frío y nunca al revés. La ley rige la entropía total de los sistemas aislados; un refrigerador enfría su interior solo elevando la entropía en otro lugar.
Cómo se relaciona
La segunda ley es el «nunca» que hay detrás de los dos «nuncas» anteriores de este módulo: que el calor fluya solo de lo caliente a lo frío (el dato con el que abre la calorimetría) y que ningún motor alcance la conversión completa (el límite de Carnot) son ambos contabilidad de la entropía. Cierra la unidad de termodinámica como la única ley fundamental de la física con una dirección del tiempo incorporada — la entropía total del universo sube, de forma irreversible.