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De la máquina de vapor al cero absoluto (calor y entropía)
Resumen
Por Cristina Jeanneth Ramírez Espejel
I.
Bosquejo histórico
Las maquinas térmicas se desarrollaron sin que hubiese existido la menorcompresión sobre las causas teóricas de su funcionamiento. En 1698 ThomasSavery, basado en la idea deEdward Somerset, inventó la que puedeconsiderarse como la primera máquina de vapor.
JosephBlack un médico y químico escocés, quien a mediados del siglo XVIII
aclaró la distinción entre calor y temperatura.
Desde la época de los griegos existía una polémica acerca de la naturaleza delcalor. Robert Boyle sugería que el calor de una sustancia material (formado porpartículas que se repelen entre sí pero son atraídas a las partículas de materiaordinaria) que se comportaba como un fluidoelástico, sutil, que llenaba todos loscuerpos y cuya densidad aumentaba con la temperatura. este fluido fue llamado el"calórico".
No se tuvo una teoría que guiara el desarrollo de las maquinas térmicas hasta
1840 y la evolución de la tecnología fue casi empírica.
La primera persona que planteó la interrogante para conocer el principio o losprincipios que rigen el funcionamiento de estas máquinas,fue el N. Sadi Carnot.Él propuso que el trabajo aprovechable sólo depende de la temperatura de losdos cuerpos entre los cuales funciona la máquina y no de los agentes encargadosde producirlo.
II.
El principio de la conservación de la energía
Por principio de la conservación de la energía, la energía suministrada debeconvertirse en otro tipo de energía. A esta energía la llamamos la energíainternadel sistema. Las experiencias de Joule sirvieron para extender esta observación atodo sistema termodinámico ypostular que si a cualquier sistemaaislado lesuministramos una cierta cantidad de energía mecánica W, éstasólo provoca unincremento en la energía interna del sistema U. La existencia de esta cantidad deenergía interna para cualquier sistema, es el postulado conocido como la primeraley dela termostática.
U corresponde a una cantidad queno depende de la naturaleza del procesousado para medirla, pues es una variable de estado, una cantidad intrínseca a lanaturaleza del sistema que se escoge para estudiarlo. Q y W sólo tienen sentido y

Para procesos ideales e isotérmicos la ganancia (o pérdida) de entropía delsistema se compensa por la pérdida (o ganancia) de entropía de losalrededores(cuerpo, atmósfera, etc.).
Cuando el proceso es además adiabático, esto es, ocurre en condiciones totalesde aislamiento de manera que no pueda intercambiar ninguna forma de energíacon sus alrededores, entonces el S • 0 y si más aún, el proceso es reversible oideal, la entropía es constante.
Consistentemente con el valor constante de su energía interna U, la entropía
alcanza un máximo.VI. Aplicaciones selectas
Entropía es una medida de la "falta de grado de restricción" en un sistema o si se
quiere, en términos más pedestres, es una medida de la desorganización.
Un sistema heterogéneo según Gibbs, es el formado por una colección desistemas homogéneos que están separados entre sí en los que hay paso demateria de un sistema homogéneo (fase) a otro.
Regla de las fases deGibbs: el número de grados de variación en un sistemaheterogéneo con F fases y C constituyentes, es igual al número de constituyentesmenos el número de fases más dos. Donde la ecuación de la regla de las fasesde Gibbs encuentra un campo fecundo de aplicaciones es en toda la teoría desoluciones multicomponentes pues permite determinar el número de variablesindependientes f, disponibles para determinarlos estados de equilibrio. Loscorrespondientes diagramas que se obtienen son los llamados diagramas de fase.
En los casos de sistemas abiertos, si se considera a un sistema sin importar sucontenido, en tanto que esté en equilibrio, podemos hacer uso de la interpretacióndada en la ecuación S=0 para establecer el cambio de entropía en el universoen un proceso reversible, o por la ecuación S>0...
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