Leyes de la termodinámica

Introducción a las leyes de la termodinámica


Bueno, conceptualmente hablando, toda ley puede ser expresada en frases, y eso es lo que generalmente ocurre con las leyes de la termodinámica.

Algunas como la primera ley son tan famosas pero que paradójicamente no se asocian con el tema general de la termodinámica.

 
Video ILT-01. Interesante es que, para entender algunos chistesdeberemos pasar por un recorrido no muy corto.




En otras ocasiones estas descripciones semánticas de las leyes simplemente son una introducción, mas no nos ayudan a visualizar como operan realmente, y ese es muy comúnmente el caso de la segunda ley de la termodinámica o entropía.

Sin embargo, estas aproximaciones semánticas serán útiles a manera de introducción en el tema.

Las leyes de latermodinámica son cuatro, su descubrimiento no fue algo ordenado, por ejemplo, la última en descubrirse es tan básica que tuvieron que ponerle el nombre de ley cero. De hecho, hasta ahora hemos trabajado dos de las cuatro, el principio de equilibrio térmico y el de conservación de la energía, pero en aras de hacer un trabajo pedagógico las enunciaremos nuevamente.


La ley cero o principio deequilibrio.

Dos objetos con diferente temperatura son puestos en contacto, de modo tal que pueden compartir calor; el principio de equilibrio dictamina que, la dirección del flujo de calor va desde el objeto de mayor energía al objeto de menor energía, y que el flujo de calor se detendrá paulatinamente hasta llegar al punto de equilibrio.


Primera ley, o principio de conservación de laenergía

Si analizamos el principio de equilibrio observamos que, para calentar un objeto (A) debemos encontrar un objeto (B) que sea más caliente que (A) de modo tal que, cuando coloquemos los objetos en contacto, (B) pierda calor y se enfríe, mientras que (A) gane calor y se caliente. En otras palabras, la energía que calienta a (A) no viene de la nada.

De manera similar si deseamos enfriara (A) debemos encontrar un objeto más frio (C) de modo tal que, cuando los coloquemos en contacto térmico (A) ceda calor ante (C) y se enfríe, mientras que (C) gane calor y se caliente. En otras palabras, al enfriar (A) su energía no se pierde en la nada, debe ser cedida a otra entidad física, es decir, para enfriar se debe dispersar el calor entre varios objetos.

Bajo las dos premisasanteriores, el principio de conservación de la energía establece que, la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.

Otra expresión semántica del primer principio de la termodinámica se define para un sistema aislado.

En un sistema aislado, la energía interna del sistema siempre permanece constante. Dado que el universo es el único sistema aislado conocido hasta el momento, tambiénsuele escribirse como, la energía del universo siempre permanece constante, siempre existió, siempre existe y siempre existirá la misma cantidad de energía.


Segunda ley, o principio de entropía.

También puede deducirse del principio cero. Digamos que (A) se ha enfriado al ceder calor a (C). Como poder tomar la energía de (C) y reacumularla en (A)?, la respuesta esto es que NO SE PUEDE, unavez la energía se dispersa, es imposible volverla a reunir. Para calentar a (A) y (C) requieren de una fuente de energía externa (B) que los caliente a ambos, pero igual en este caso (B) dispersaría su energía y no podría volver a recuperarla a menos que otro objeto lo calentara a su vez.

En un universo finito, la cantidad de objetos con alta energía es finita, lo que implica que, aunque lacantidad de energía del universo se mantiene siempre constante, esta se está dispersando todo el tiempo, y una vez dispersada es imposible volver a usarla de nuevo.

El segundo principio, sin embargo, tiene otras definiciones semánticas, unas especialmente lo relacionan con la expresión de orden de un sistema, aunque en este caso es primordial saber cómo definir el sistema. Este segundo cuerpo de...