Solucionario de las actividades propuestas en el libro del alumno ...

31. Cuando se hiela la superficie de un estanque, aparentemente se viola el
segundo principio de la termodinámica. ¿Puedes explicar qué ocurre
exactamente?
Si analizamos tan solo el estanque como sistema, estamos haciendo un análisis
parcial. En ese caso, es evidente que la entropía decrece ya que disminuye la
temperatura y, al ser un sistema no isotermo:
donde T 2 < T 1 , lo que supone:
Sin embargo, al evaluar la variación total de entropía del proceso no debemos
perder de vista la interacción del agua del estanque con el ambiente. Si el estanque
se ha helado, es porque ha cedido calor al medio, que estaba a menor temperatura.
Ello significa que el aire recibe un flujo de calor que hace que cierta
masa de aire eleve, aunque sea mínimamente, su temperatura.
La entropía del conjunto formado por el sistema y el entorno será positiva, como
corresponde a un proceso real y, por tanto, irreversible.
32. Un gramo de agua a 373 K pasa a vapor de agua a la misma temperatura.
Calcula la variación de entropía que experimenta el agua y el entorno,
así como la variación de entropía del universo.
El proceso propuesto es un cambio de fase. Es un proceso que se realiza a temperatura
constante (isotermo). La variación de entropía del agua se calcula mediante
la expresión que corresponde a la variación de entropía en un proceso
isotermo:
∆S
m⋅L =
T
∆S S S m c ln T
= − = ⋅ ⋅
2 1
T
V
ln T ⎛ ⎞
2
⎜ 0 S 0
⎝ T
⎟ < → <
⎠
∆
−3
10 ⋅ 2. 245
=
= 60210 , ⋅ kJ ⋅K
373
Como se trata de un proceso real y, por tanto, no reversible,
∆S universo =∆S agua +∆S ambiente > 0
Por otra parte, si la interacción es entre agua y ambiente, resulta:
∆S agua > 0 → ∆S ambiente < 0
−3 −1
33. ¿Qué conclusión extraes del resultado del ejercicio anterior?
1
La entropía del universo aumenta constantemente, aunque no podemos cuantificar
dicho aumento con los datos que nos facilitan.
Unidad 8. Termodinámica.
2
1
16