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Solución:
Puedes verlo así: si consideras el universo como un todo, “por supuesto” cada proceso es “espontáneo” en el sentido de que la entropía total de la entropía del universo siempre aumenta. Después de todo, si alguna cosa sucede en algún lugar de su universo, entonces debe permitirse que suceda: de lo contrario, ¡simplemente no sucedería!
Sin embargo, lo que normalmente le importa es que tu El frigorífico permanece frío, y por eso la termodinámica se centra en subsistemas: no basta con decir “en algún lugar del universo existe la posibilidad de un frigorífico”. Quieres saber sobre tu nevera (y tu factura de luz a fin de mes y los recursos naturales de tu ¡planeta!).
Una pregunta sobre un proceso espontáneo sería: si compro un frigorífico, ¿se enfriaría? Y la respuesta es: no (a menos que lo conecte a una fuente de alimentación externa). Si cambia la pregunta a “existen refrigeradores fríos en el universo sin ningún supuesto externo excepto la existencia del universo”, entonces la respuesta es, por supuesto, sí.
Entonces, dependiendo de la escala en la que mire las cosas (nevera ¿Puedes decir esto con palabras más científicas? El universo en su conjunto solo tiene procesos que aumentan la entropía total. ¡Ahora, centrémonos en la entropía de un subsistema! Aquí está el punto complicado: subsistema del universo, si lo considera como un objeto individual, podría disminuir localmente su entropía si le proporciona trabajo, es decir, podría a algo NO esperarías que sucediera a menos que lo considere como parte de un sistema más grande. Entonces, digamos que tengo un subsistema, veo su evolución. Entonces la pregunta es: ¿Tengo que recurrir a la presencia de una fuente de energía externa en mi sistema para explicar su comportamiento? Si es así, entonces el proceso no es espontáneo. Si no, entonces el proceso es. Un proceso espontáneo dentro de un sistema que está observando es uno que puede explicar sin recurriendo a una fuente de energía exterior. Discusión extendida con un ejemplo simple Imagina que tienes un sistema que es no en un estado de equilibrio. Cómo llegó allí es irrelevante. El ejemplo más simple son dos cajas idénticas con un gas perfecto en su interior, una a temperatura $ T_1 $, uno a temperatura $ T_2 $ con $ T_1> T_2 $. Si se ponen de alguna manera en contacto, entonces, sin ningún trabajo externo adicional, el calor fluirá del baño caliente al frío ($ T_1 a T_2 $) hasta que las dos temperaturas sean iguales a la temperatura de equilibrio $ T_e = (T_1 + T_2) / 2 $. No hiciste nada: simplemente pon los dos gases en contacto y se espontáneamente cambiar su temperatura al estado de equilibrio. Ahora, imagina que quieres que el gas frío se mantenga frío (una nevera) a pesar de su ambiente caliente: para contrarrestar el espontáneo proceso es necesario quitar el calor del gas frío para mantenerlo frío. Para hacer eso, necesitas algo de trabajo (la energía que da la corriente al frigorífico). En este último caso, la entropía del universo aumentará, pero la entropía del subsistema “nevera” no lo hará, porque la mantiene constante artificialmente. Básicamente, estás eliminando la entropía del refrigerador a expensas del universo. Pero debes asumir que hay un fuera universo que está proporcionando la energía adicional necesaria! Invirtamos el razonamiento. Ves dos gases juntos, en $ T_1 $ y $ T_2 $. Los observas y ves que su temperatura no cambia. Entonces debe significar que debe haber algún trabajo dado al sistema para mantenerlos como están. Por otro lado, si trabaja con los dos gases y ve que se equilibran, entonces puede asumir que el sistema se está comportando como deberían sea si no se ha realizado ningún trabajo en él. Que una proceso Es espontáneo significa que puedes describirlo sin recurrir a una fuente de energía externa: así deben comportarse dos gases aislados. Si ahora incluye el entero universo, entonces, por supuesto, puede explicar por qué el refrigerador permanece frío: el universo ya contiene la fuente de energía, por lo que no hay inconsistencia. Y debido a que el universo está aislado, no ves ningún proceso dentro del universo que requiera una fuente de energía. fuera de su sistema: ya está en algún lugar de su sistema. Resumiendo, (no -) “espontáneo” en realidad solo se puede aplicar a subsistemas. Si considera solo un subsistema, que puede intercambiar calor con el resto del universo (por lo que no es un sistema aislado), puede hacer que evolucione hacia estados en los que el mismo subsistema, si aislado, nunca evolucionaría a. Llamamos procesos espontáneos a aquellos que ocurrirían también si el sistema estuviera completamente aislado. Para tener un no – proceso espontáneo, se necesita algún tipo de flujo de energía (trabajo, calor …) desde el exterior. En el panorama general del universo, por otro lado, todo es espontáneo, de alguna manera. Realmente depende de su punto de vista al describir el sistema. Las dos definiciones que cita no significan que los procesos no espontáneos disminuyan la entropía, si eso es lo que está insinuando. En otras palabras, el hecho de que todos los procesos espontáneos (naturales) aumenten la entropía no significa que todos los procesos no espontáneos deban disminuir la entropía. El ciclo de refrigeración / bomba de calor es una transferencia no espontánea de calor de frío a caliente, pero como usted sabe, se requiere una entrada de trabajo neto para hacerlo y eso da como resultado un aumento en la entropía para un ciclo real (cambio cero para un ciclo ideal). ciclo reversible), no una disminución. Si no se requiere entrada de trabajo neto, habría una disminución en la entropía y una violación de la Declaración de la Segunda Ley de Clausius: Ningún ciclo de refrigeración o bomba de calor puede funcionar sin una entrada de red. Espero que esto ayude. Dos tipos de procesos: Existen procesos termodinámicos que cambian el estado de algunas variables como la temperatura y la entropía. En la mecánica estadística hay procesos microscópicos que mueven partículas entre microestados, este cambio puede acercar el sistema al equilibrio macroestado o no. No existe tal cosa como un proceso termodinámico espontáneo, en el sentido de un sistema que duplica espontáneamente su volumen. Hay espontneos y estimulado Procesos microscópicos (no espontáneos). Los procesos espontáneos tienden a mover el sistema al macroestado de equilibrio, porque permiten que la energía se distribuya ergódicamente en todos los grados de libertad de las partículas involucradas. Por ejemplo, un láser opera mediante la competencia de procesos de emisión espontánea y emisión simulada (no espontánea). En un láser, la energía fluye hacia un sistema, inicialmente, esto hace que los procesos espontáneos dominen, ya que los modos ópticos se pueblan más o menos por igual. Después de cierto tiempo, los procesos estimulados dominarán: los fotones comienzan a poblar un solo modo óptico. Este es un macroestado altamente ordenado y solo se mantiene mediante la energía que fluye hacia el sistema. Intenté agregar cómo abordaría el pensamiento sobre esto, era demasiado largo para un comentario.