Termodinamica

En un Sistema termodinámico típico mostrando la entrada desde una fuente de calor (caldera) a la izquierda y la salida a un disipador de calor (condensador) a la derecha. El trabajo se extrae en este caso por una serie de pistones.

Calor
En la Tabla 1 se reproducen las definiciones de calor y trabajo proporcionadas por los textos mencionados anteriormente. Unas se destacan por su falta deprecisión y transparencia (definición de trabajo en /3/ y /4/), otras por su falta de actualización /1/, y otras son francamente desafortunadas y pueden conducir a falsas interpretaciones de la realidad /2/.
En /2/ el calor y el trabajo se definen en función de los “parámetros externos e internos”. Según esa misma referencia, “...los parámetros externos son cantidades que están determinadas por laposición de cuerpos externos que no entran en nuestro sistema. Ejemplo: el volumen del sistema...la intensidad de un campo de fuerzas... etc.”. Por el contrario, la presión del sistema, su densidad y magnetización son parámetros internos. Y aunque no aparece claramente expresado en el texto, aparentemente la temperatura T es también un parámetro interno. En la definición de calor y trabajo semenciona la energía “transmitida por un sistema”. No queda claro si la definición también sería válida para la energía “recibida por un sistema”. Sin embargo, no hay necesidad de esclarecer esta aparente omisión para llegar fácilmente a la conclusión de que las definiciones en /2/ resultan bastante confusas y llegan incluso a contradecir los criterios comúnmente establecidos sobre el calor y eltrabajo.
Por ejemplo, considere la solidificación de cualquier sustancia a una presión determinada y el correspondiente calor de solidificación, - Q FUSIÓN. Si a este proceso se le aplican las definiciones en /2/, como el cambio de estado tiene lugar a una temperatura T esencialmente constante, no habrá variación de los parámetros internos. El volumen (parámetro externo) variará durante lasolidificación, en mayor o menor grado según la sustancia considerada. Habría que considerar, por tanto, que la transmisión de energía al medio ambiente durante la solidificación es en forma de trabajo, por estar asociada a una variación de volumen a T constante, y no de calor, como ocurre en realidad. Pudiera alegarse que la variación del volumen trae aparejada una variación de la densidad (parámetro interno)y, por tanto, además del trabajo habría también flujo de calor. Pero es que las definiciones propuestas en /2/ no especifican lo que sucede cuando varían los parámetros internos. Solo se refieren a la variación o constancia de los parámetros externos (ver Tabla 1).
No es difícil llegar a la conclusión de que, basándose solamente en estas definiciones, resulta muy difícil -por no decir imposible-diferenciar claramente el calor del trabajo en determinados procesos. El análisis anterior también es válido para la fusión, sublimación, licuefacción y, en general, para cualquier cambio de estado de agregación. Es válido igualmente para cualquier cambio de fase de primer orden que tenga lugar a p y T constantes con DH = Qp ¹ 0 (cambios de fase cristalina, recristalizaciones). En la expresiónanterior H = E + pV es la entalpía y Qp el calor a presión constante.
Los ejemplos anteriores, donde hay presente un flujo de calor a T constante, también tienden a invalidar la definición propuesta en /3/, donde se exige la existencia de un gradiente de temperatura para que exista el mencionado flujo.
Las definiciones de calor en las referencias /4/ y /5/ son aceptables, siempre y cuando sedefina 131 previamente el significado de “interacción térmica”.
Como la interacción térmica ocurre a nivel microscópico, donde átomos y moléculas se mueven desordenadamente, es posible adoptar para el calor una definición independiente del concepto de interacción térmica de la siguiente forma:
La definición anterior no sólo permite caracterizar el flujo de calor entre dos sistemas; también permite...