“El móvil perpetuo de 2ª clase es como el huevo de Colón, es un imposible hasta que se sabe cómo conseguirlo”

 

LA ENTROPÍA NEGATIVA NETA

(ENN)

 

 

 

 

TEORÍA DE LA PANTERMODINÁMICAà

enn@pantermodinamica.com

 

Septiembre-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 en esta evolución. Se ha perdido irreversiblemente  la capacidad que tenía el subsistema termodinámico  para transformar el calor Q, en el trabajo W, al evolucionar reversiblemente a la temperatura  constante T, desde el volumen inicial V1, hasta el volumen final V2, V2 > V1. Por consiguiente, este proceso es irreversible  y solo se crea entropía positiva:

 

S = R· ln (V2/V1)- Q/T,  V2 > V1,   Q/T = 0

 

   Lo que nos lleva a otra de las  definiciones de la entropía:

 

 La entropía es la perdida irreversible que sufre la capacidad que tenía un subsistema termodinámico para transformar el calor en trabajo a una temperatura dada.

 

   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, Ω. Si  el proceso es reversible, aunque el estado final fuera el mismo, el incremento neto de entropía sería 0.

 

 

 

 

 ENTROPÍA NEGATIVA

 

  La termodinámica afirma rotundamente que es muy improbable, imposible, que: sin la ayuda de un trabajo auxiliar, un subsistema termodinámico evolucione desde un volumen inicial, hasta otro volumen  final menor, o que el calor fluya  desde un foco frío hasta otro foco más caliente. En ambos casos se crea un desequilibrio, la entropía decrece, o lo que es lo mismo, se crea entropía negativa.

 

    Una de las formas  de definir la entropía negativa es la siguiente:

 

  La entropía negativa es la capacidad 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.

 

  Esta compresión crea un desequilibrio, mayor presión, que le otorga 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.

 

  En los subsistemas  termodinámicos clásicos el trabajo necesario para crear entropía negativa siempre se transforma 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:

 

 

 

 

 

 

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 irreversible del calor de un cuerpo caliente a otro más frío, o la expansión irreversible de un gas desde un  recinto  a otro de presión menor. Existe una tendencia natural al estado de equilibrio. Si el equilibrio se consigue de forma irreversible se crea entropía positiva.

 

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 determinados subsistemas potenciales, en condiciones especiales, el trabajo empleado para crear entropía negativa, V2 <V1, no se transforma en el calor Q y se disipa creando su equivalente de entropía positiva, Q/T, sino que se transforma en energía potencial. Por lo tanto, en estos  procesos, la entropía neta creada es negativa.

 

 

-S = R· ln (V2/V1) +Q/T,    V2 <V1,   Q/T = 0.

 

 

  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, Ep, su entropía disminuye, -S = R· ln (V2/V1), V2 <V1.

 

 

 

 

 

   Hay subsistemas potenciales en los que 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 más importante en estos casos es que, la energía potencial que adquiere el subsistema, en determinadas condiciones, se recupera de nuevo como trabajo en la evolución de bajada a entropía constante.  Por lo tanto, al final del ciclo ideal, 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 ideal, 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  la variación  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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 TEMPERATURAS NEGATIVAS 

 

   Las temperaturas negativas son el talón de Aquiles de la 2ª ley de la termodinámica, son 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  U, se produce un incremento negativo de la entropía -∆S.

 

 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.

 

  La anterior ecuación es dudoso aplicarla a la inversión de población, lo que crea un dilema:

 

¿Las temperaturas negativas  realmente existen? o 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, reducir el volumen específico ocupado por las partículas, siempre hace falta un determinado trabajo.

 

 Lo que se deduce de  todo lo anterior es que:

 

 La termodinámica no tiene  razón  al presuponer que, en todos los casos el trabajo empleado en crear entropía negativa 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 con este son: el campo de fuerza puede ser miles de veces más  intenso que el campo gravitatorio, lo que permite que su tamaño, para igual potencia, sea relativamente  muy pequeño. Los fundamentos de los funcionamientos de los equivalentes del difusor potencial y la tobera potencial son  muy diferentes pero sencillos, siendo su diseño simple. 

 

  La  sinopsis  breve del CICLO-I es casi una repetición de lo ya dicho:

 

 

 

 

 

  Mediante un trabajo, Ep, se bombea un gas en un campo de fuerza  desde un nivel inferior n1, hasta otro nivel superior n2, 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, V2<V1, 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 evolución de subida. Por lo tanto, el trabajo neto necesario para realizar el ciclo ideal, comprimir el gas, es nulo. La presión final P2 es mayor que la inicial P1, P2>P1.

 

 

 

 

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).

 

“El móvil perpetuo de 2ª clase es como el huevo de Colón, es un imposible hasta que se sabe cómo conseguirlo”

 

 

 

 

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 Y LA FALTA DE AGUA POTABLE.

 

 

 

 

DESIDERÁTUM

 

   Pronto será una realidad el que: coches, barcos, aviones, casas iluminadas, etc., etc., estén alimentados con la energía producida gracias al CCI.