Termodinamica

INTRODUCCIÓN

Al analizar situaciones físicas, la atención generalmente se enfoca en alguna porción de la materia que se separa en forma imaginaria del medio ambiente que le rodea. A tal porción se le denomina el sistema. A todo lo que esta fuera del sistema, y que tiene una participación directa en su comportamiento, se le llama medio ambiente o entorno. Después, se determina el comportamientodel sistema, encontrando la forma en que interactúa con su entorno.
Un concepto esencial de la termodinámica es el de sistema macroscópico, que se define como un conjunto de materia que se puede aislar espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable. El estado de un sistema macroscópico en equilibrio puede describirse mediante propiedades medibles como la temperatura, lapresión o el volumen, que se conocen como variables termodinámicas. Ahora bien, en el análisis de sistemas tiene vital importancia la cuantificación del "calor", el cual se refiere a la transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura.


ORIGEN DE LA ETAPA CIENTIFICA

Sadi Carnot (1796-1832) es el fundador de latermodinámica como disciplina teórica, escribió su trabajo cumbre a los 23 años. Este escrito estuvo desconocido durante 25 años hasta que el físico Lord Kelvin redescubriera la importancia de las propuestas contenidas en él.
Llamó la atención de Carnot el hecho de que no existieran teorías que avalaran las propuestas utilizadas en el diseño de las máquinas de vapor y que todo ello dependiera deprocedimientos enteramente empíricos. Para resolver la cuestión propuso que se estudiara todo el procedimiento desde el punto de vista más general, sin hacer referencia a un motor, máquina o fluido en especial.
Las bases de las propuestas de Carnot se pueden resumir haciendo notar que fue quien desarrolló el concepto de proceso cíclico y que el trabajo se producía enteramente "dejando caer" calordesde una fuente de alta temperatura hasta un depósito a baja temperatura. También introdujo el concepto de máquina reversible.
El principio de Carnot establece que la máxima cantidad de trabajo que puede ser producido por una máquina térmica que trabaja entre una fuente a alta temperatura y un depósito a temperatura menor, es el trabajo producido por una máquina reversible que opere entre esas dostemperaturas. Por ello demostró que ninguna máquina podía ser más eficiente que una máquina reversible.
A pesar que estas ideas fueron expresadas tomando como base la teoría del calórico, resultaron válidas. Posteriormente Clausius y Kelvin, fundadores de la termodinámica teórica, ubicaron el principio de Carnot dentro de una rigurosa teoría científica estableciendo un nuevo concepto, el segundoprincipio de la termodinámica.
Carnot también establece que el rendimiento de cualquier máquina térmica depende de la diferencia entre temperatura de la fuente más caliente y la fría. Las altas temperaturas del vapor presuponen muy altas presiones y la expansión del vapor a bajas temperaturas produce grandes volúmenes de expansión. Esto producía una cota en el rendimiento y la posibilidad deconstrucción de máquinas de vapor.
En esta época todavía tenía vigencia la teoría del calórico, no obstante ya estaba germinando la idea de que esa hipótesis no era la adecuada, en el marco de las sociedades científicas las discusiones eran acaloradas.
James Prescot Joule (1818-1889) se convenció rápidamente de que el trabajo y el calor eran diferentes manifestaciones de una misma cosa. Suexperiencia más recordada es aquella en que logra medir la equivalencia entre el trabajo mecánico y la cantidad de calor. Joule se valió para esta experiencia de un sistema de hélices que agitaban el agua por un movimiento producido por una serie de contrapesos que permitían medir la energía mecánica puesta en juego.
A partir de las investigaciones de Joule se comenzó a debilitar la teoría del...