LA ENTROPÍA
NEGATIVA NETA
ENN
(Base del móvil
perpetuo de 2ª clase)
ENN = S3-S1
TEORÍA DE LA PANTERMODINÁMICAà
Julio-2022
ENTROPÍA
La entropía
S es una magnitud que la
termodinámica la define, entre otras formas, como el cociente
entre dos energías, el calor
Q transferido en un foco y la temperatura T a la que está dicho foco, por lo tanto es adimensional.
En un proceso
isotérmico reversible el calor Q, absorbido o cedido, por la masa de un mol al
evolucionar en un foco a la temperatura T, desde
un volumen inicial V1, hasta otro volumen final V2, queda
determinado por las siguientes ecuaciones:
Si en la
anterior ecuación, en el proceso de expansión
del gas, V2 > V1, el valor de Q vale 0,
Q/T = 0, significa que no se ha transformado ningún calor en trabajo. Se
ha perdido la capacidad que tenía el
subsistema termodinámico para
transformar el calor Q, en el trabajo W,
al evolucionar a la temperatura
constante T, desde el volumen inicial V1, hasta el
volumen final V2, V2 > V1, proceso
irreversible. Por consiguiente, en este proceso solo se crea entropía
positiva, ∆S
= R· ln (V2/V1), V2 > V1, lo que nos lleva a
otra de las definiciones de la entropía:
La entropía es la pérdida de la capacidad que tenía un subsistema termodinámico para transformar el calor en trabajo.
Las causas
principales que crean entropía son:
a)
A temperatura
constante: la evolución irreversible del volumen, ∆S = R· ln (V2/V1), V2 > V1.
b)
A volumen constante: la conducción irreversible del
calor, ∆S =Q(1/Tf - 1/Tc), Tc > Tf.
El incremento de
entropía ∆S que sufre una partícula, en este caso una molécula,
al evolucionar irreversiblemente a temperatura constante, desde el volumen
inicial n1 = V1/NA,
hasta el volumen final n2
= V2/NA, queda determinado por la siguiente
ecuación:
Donde R =
k·NA, k es la constante de
Boltzmann, NA
es el número de Avogadro y n1 y n2, respectivamente, son
el volumen medio inicial y final ocupado por una molécula. El cociente n2/n1 es la probabilidad
termodinámica y se representa con Ω.
Si en el
proceso de compresión
del gas a la temperatura constante T, se da
el caso de que el valor
de Q vale 0,
Q/T
= 0, significa que el
trabajo empleado en dicha compresión al evolucionar el subsistema
termodinámico desde el volumen inicial V1, hasta el volumen
final V2, V2 < V1, se ha
transformado en otro tipo de energía que no es calor, Q. Por ejemplo: energía
potencial. Por lo tanto, en este tipo de proceso solo se crea netamente
entropía negativa,
-∆S
= R· ln (V2/V1), V2 <V1.
La
termodinámica afirma rotundamente que es muy improbable, imposible,
que: sin un aporte de un trabajo auxiliar, un
subsistema termodinámico evolucione espontáneamente, desde un
volumen inicial, hasta otro volumen
final menor, o que el calor fluya de forma espontanea desde un foco frío
hasta otro foco más caliente.
ENTROPÍA NEGATIVA
Una de
las formas de definir la entropía negativa es la siguiente:
La entropía negativa es la facultad o
capacidad especial que adquiere un subsistema termodinámico, gracias
a un trabajo, que hace que el subsistema pueda transformar de
nuevo el calor en trabajo, al
volver al estado anterior de forma reversible.
Ejemplo: La reducción
del volumen de un subsistema termodinámico, gracias
a un trabajo, desde un valor inicial V1, hasta otro valor
final menor V2, V2 < V1. Esta compresión le da al subsistema
termodinámico la capacidad de poder
transformar el calor Q, en el trabajo W, a la temperatura constante T,
al evolucionar su volumen de forma
reversible desde un valor inicial menor V2, hasta otro volumen
final mayor V1, V2<V1.
En los subsistemas termodinámicos clásicos el trabajo
necesario para crear entropía negativa siempre se debe
de transformar en calor, lo que implica la creación de su equivalente
de entropía positiva, Q/T. Por lo tanto, en los procesos reversibles se crea igual cantidad de
entropía negativa que positiva, con lo que el balance neto de creación de entropía
es nulo, la entropía permanece constante.
Ejemplo: Al comprimir reversiblemente un
gas en un subsistema termodinámico, V2
< V1, a la temperatura constante T, se crean dos tipos de
entropía:
Entropía positiva 
Entropía negativa
La gran diferencia entre la entropía
negativa y la entropía positiva radica en lo siguiente:
a) La creación de
entropía positiva es espontanea, no se requiere trabajo alguno para crearla.
Como ocurre en el transporte del calor de un cuerpo caliente a otro más frío, o
la expansión de un gas desde un
recinto a otro de presión menor.
b)
Para
crear entropía negativa es necesario un determinado trabajo. En los subsistemas termodinámicos clásicos
el trabajo empleado siempre se
transforma en calor. No obstante, existen subsistemas potenciales en los cuales, en
condiciones especiales, el trabajo necesario para crear
entropía negativa se transforma en energía potencial.
CREACIÓN
DE ENTROPÍA
NEGATIVA NETA
(ENN)
En algunos subsistemas potenciales,
en determinadas condiciones, el trabajo empleado para crear entropía negativa no se transforma en
calor y se disipa creando su equivalente de entropía positiva, sino que se transforma en energía potencial.
Por lo tanto, en estos procesos, la entropía neta creada es negativa.
La creación neta de entropía
negativa se puede definir, entre otras formas, de la siguiente
manera:
Es un proceso en el que, mediante un trabajo, en
determinados subsistemas potenciales se crea
más entropía negativa que positiva.
También se
puede utilizar la definición de temperatura
negativa:
Al incrementar, en determinadas
condiciones, la energía de ciertos subsistemas potenciales su entropía
disminuye.
En algunos
subsistemas potenciales el trabajo empleado en la evolución de subida se
transforma en energía potencial, al mismo tiempo que su
entropía disminuye, se
comprime el subsistema. Lo
importante es que, en condiciones especiales, la energía
potencial que adquiere el subsistema se recupera de nuevo como trabajo en
la evolución de bajada a entropía constante. Por lo tanto, al final del ciclo, el
subsistema adquiere una entropía
negativa neta, (ENN), sin gasto neto de trabajo.
La ENN se puede definir de la siguiente manera:
Es la entropía negativa que adquiere un
subsistema potencial, al
final de un ciclo, sin gasto neto
de trabajo.
Los procesos
creadores o generadores de ENN son
imposibles en los subsistemas termodinámicos clásicos, 2ª
ley de la termodinámica. La termodinámica afirma que, para
comprimir un gas, hacer que las moléculas ocupen un volumen menor, es necesario
un determinado trabajo, el cual necesariamente se debe de transformar
íntegramente en calor. También afirma que, para transferir el calor
desde un foco frío, hasta otro foco más caliente, es necesario un determinado
trabajo el cual se debe de transformar íntegramente en calor. No obstante, la realidad confirma que existen subsistemas
potenciales en los que el trabajo necesario para crear entropía negativa, compresión
potencial, no se
transforma en calor (temperaturas negativas).
LA COMPRESIÓN
POTENCIAL
La inversión de población o compresión
potencial es el paradigma por
excelencia para demostrar que cuando un subsistema potencial evoluciona, en
determinadas condiciones, desde un nivel inferior n1, hasta otro
nivel superior n2 más poblado, que hay más partículas por unidad de volumen,
el volumen ocupado por cada una de las partículas que forma el subsistema
termodinámico asociado sufre una reducción, es decir: su
entropía disminuye
S2 < S1. Lo más importante en
este proceso es que, el trabajo necesario para realizar dicha evolución a
temperatura constante, no se transforma
en calor y se disipa creando entropía positiva, sino que se transforma en
energía potencial, la cual se puede recuperar, en
determinadas condiciones, íntegramente de nuevo como trabajo en la
evolución de bajada.
Un ejemplo
macroscópico de compresión potencial (inversión de población) es el difusor potencial.
EVOLUCIÓN DE BAJADA
ISENTRÓPICA
Cuando un
subsistema potencial evoluciona desde un nivel superior, con densidad de
población n2, hasta otro nivel inferior con densidad de
población n1, permaneciendo constante en el subsistema
termodinámico asociado, la temperatura y la densidad de población n1
= n2, la entropía de dicho subsistema también
permanece constante: evolución
isentrópica. Un ejemplo macroscópico de bajada isentrópica es la tobera
potencial.
CREACIÓN DE ENN
MEDIANTE EL CICLO DEL SUBSISTEMA POTENCIAL
El trabajo
necesario para que evolucione el subsistema
potencial desde un nivel inferior n1, hasta otro
nivel superior n2, es idéntico al que cede dicho subsistema al
evoluciona desde el nivel n2, hasta el nivel n1.
Por lo tanto, el balance neto del trabajo necesario para realizar el ciclo ideal es
nulo. Lo que sí puede ser diferente, según sean las condiciones en las
que se haga la evolución del ciclo, es
el incremento positivo o negativo que
sufre la entropía del subsistema termodinámico asociado.
Ejemplo: una
subida con compresión potencial, S2 < S1,
y una bajada isentrópica, S3 = S2, lo
que significa la creación de ENN, -∆Sn
= S3-S1, sin gasto neto de trabajo.
Un ejemplo macroscópico es el
ciclo
del subsistema potencial en el campo gravitatorio.
Un ciclo del subsistema potencial es creador o generador de ENN, cuando, sin necesidad de
un aporte neto de trabajo auxiliar, la entropía del
subsistema termodinámico asociado al final del ciclo S3, es menor que la entropía inicial del mismo S1, S3 < S1.
Las
temperaturas negativas es la rendija a través de la cual la termodinámica clásica vislumbra
y admite la existencia de otra realidad dónde es posible la creación neta de entropía
negativa. En síntesis: Existen procesos en los que, al transformar el trabajo en energía potencial,
se produce la compresión del subsistema, lo que equivale a la creación neta
de entropía negativa. Estos fenómenos, reales,
están en contradicción con el segundo principio de la termodinámica ya que este
afirma: en
los procesos termodinámicos la
entropía siempre aumenta o permanece constante, pero nunca disminuye.
Para la
termodinámica un subsistema está a temperatura
negativa cuando a un incremento de la energía potencial del
subsistema se produce un incremento
negativo de la entropía. Uno de los argumentos para
justificar el significado de: qué son las temperaturas negativas, es la
definición utilizada en termodinámica estadística para la temperatura.
Aunque esta
ecuación no sería aplicable al ejemplo más inequívoco de subsistema en el que,
al incrementar la energía potencial de las partículas su entropía disminuye: la
inversión de población (compresión
potencial). Estos subsistemas
se caracterizan porque el volumen ocupado por las partículas no es
constante. El volumen específico de las partículas disminuye al evolucionar
estas desde un nivel inferior, hasta
otro nivel superior más poblado, que hay más partículas por unidad de volumen.
Si la anterior
ecuación es dudoso aplicarla a la inversión de población, lo más lógico es
admitir que:
Las temperaturas negativas en realidad no existen,
lo que sí existe es la creación neta de
entropía negativa al transformar el trabajo en energía
potencial.
La termodinámica tiene razón al afirmar que, para crear entropía negativa,
comprimir un gas, siempre hace falta un determinado trabajo. En lo que
la termodinámica no
tiene razón es al afirmar
que: en
todos los casos ese trabajo se
debe de transformar íntegramente en calor.
La prueba más irrefutable es la existencia del fenómeno de la
inversión de población (compresión potencial).
Para la termodinámica, en los subsistemas
termodinámicos clásicos, crear netamente entropía negativa es imposible, sin
embargo, en los subsistemas potenciales sí es posible.
El CICLO-I (CI)
El CICLO-I
es un ciclo en un subsistema potencial que cumple con los mismos objetivos que el ciclo del subsistema
potencial en el campo gravitatorio. Las diferencias principales son: el campo de
fuerza puede ser miles de veces más intenso que
el campo gravitatorio y los fundamentos de los equivalentes del difusor potencial y la tobera potencial son diferentes pero
sencillos. Además, su diseño es
simple y el tamaño puede ser
relativamente muy pequeño.
La sinopsis
breve del CICLO-I es casi una
repetición de lo ya dicho:
Mediante
un trabajo se bombea un gas en un campo de fuerza desde un nivel inferior hasta otro nivel
superior, transformando el trabajo empleado en energía potencial y no en
calor, con el matiz importantísimo de que, el
gas en este proceso se comprime a temperatura constante, de una
forma equivalente a cómo ocurre en el difusor potencial.
Una vez
que el gas está comprimido en el nivel superior, desciende a presión
y temperatura casi constante al nivel inferior cediendo como trabajo la
energía potencial que había adquirido en la subida. Por lo tanto, el
trabajo neto necesario para realizar el ciclo ideal, comprimir el gas, es nulo.
EL COMPRESOR
DE CICLO-I
(CCI)
El CICLO-I
es un generador de ENN, un compresor de consumo neto nulo, es
decir: el trabajo necesario para comprimir el gas se
vuelve a recuperar de nuevo como
trabajo.
El CCI en una fuente
de energía útil ilimitada, ya que el gas comprimido obtenido, sin gasto neto de trabajo,
permite transformar el
calor en trabajo a temperatura constante (móvil perpetuo de segunda clase).
NUEVA ERA
En el mismo
momento en que el CCI
produzca su primer gas comprimido, en ese
mismo instante, se habrá iniciado una nueva era, una era en la que la energía
se podrá reciclar indefinidamente.
LA ERA DE LA
ENERGÍA RECICLADA.
Reciclar la
energía es la panacea energética ideal para resolver los grandes y acuciantes
problemas de nuestro tiempo, entre ellos:
EL CAMBIO
CLIMÁTICO…
“El móvil perpetuo de 2ª clase es como
el huevo de Colón, es un imposible hasta que se sabe cómo conseguirlo”