En resumen, porque la energía térmica se crea a partir de la conversión de una energía (masa) de orden superior en calor.
La segunda ley de la termodinámica establece que cualquier transferencia diferencial de calor dividida por la temperatura a la que se transfiere el calor es igual al cambio diferencial en la entropía del sistema. En forma de ecuación,
[matemáticas] dS = \ frac {dq} {T} [/ matemáticas]
donde S es entropía, q es calor transferido y T es temperatura.
La entropía es, en cierto sentido, la penalidad que debe pagar cuando convierte alguna forma útil de energía en calor y es que el cambio se cuantifica por la cantidad de microestados únicos disponibles para el sistema. La energía de trabajo, por ejemplo, es útil porque, descuidando la fricción, cuando trabajas en un sistema sin fricción o transferencia de calor, puedes recuperar el trabajo; Esto se llama un proceso reversible. En ese sentido, el sistema está limitado en sus microestados porque el sistema está vinculado entre un conjunto de estados que se encuentran a lo largo del camino por el cual no existe un cambio de entropía (un isentropo o adiabat). Y debido al famoso trabajo de Boltzman, sabemos que la entropía está relacionada con la cantidad de microestados que el sistema puede ocupar
[matemáticas] S = k_B \ ln \ Omega [/ matemáticas]
donde [math] k_B [/ math] es la constante de Boltzman y [math] \ Omega [/ math] es el número de microestados en el sistema.
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Cuando la masa se convierte en energía por [matemática] E = mc ^ 2 [/ matemática], este es un proceso irreversible por el cual la cantidad de microestados disponibles para el sistema aumenta considerablemente (si no me cree que la energía representa un aumento en los microestados del sistema, piense en todas las formas diferentes que puede tomar la energía, mientras que la masa solo se puede mover de un lugar a otro). Como resultado, la reacción genera una cantidad increíblemente grande de entropía.
También podemos calcular esta entropía. Si digamos que teníamos dos moles de deuterio y queríamos fusionarlos en helio y luego transferir inmediatamente el calor del sistema a la temperatura del núcleo del sol (1.57e + 07 K), podemos calcular el cambio de entropía de El sistema utiliza la masa perdida en el proceso. El deuterio pesa 2.01410178 g / mol, mientras que [math] \ text {He} ^ 4 [/ math] pesa 4.002602 g / mol. La masa perdida es 0.0002560156 g, que se traduce en 2.3009535e + 12 J y, por lo tanto, es un cambio en la entropía de 146 kJ / K. Como referencia, el cambio de entropía de derretir un mol de hielo es 22 J / K.
