¿Cuál es la segunda ley de la termodinámica?
La termodinámica, es una rama de la física que estudia las transformaciones de la energía. Dentro de sus principios fundamentales se encuentran las llamadas leyes de la termodinámica. La segunda de estas leyes, es considerada una de las más importantes en esta disciplina científica.
Explica comportamientos naturales
Esta ley permite entender por qué ciertos procesos ocurren de forma espontánea en la naturaleza, mientras que otros no. Un claro ejemplo, es la transferencia de calor entre dos objetos que se encuentran a distinta temperatura.
La segunda ley de la termodinámica establece que el calor solo puede pasar por sí solo del cuerpo más caliente al más frío. Nunca al revés sin aporte externo de energía. Lo mismo aplica para la conversión de un tipo de energía a otro. Siempre existe una tendencia a la dispersión o degradación de la misma.
Aumento de la entropía
Un concepto clave en esta ley, es el de entropía. Esta es una magnitud termodinámica que representa el grado de desorden molecular o caos, de un sistema.
La segunda ley señala que en cualquier sistema aislado la entropía tiende a incrementarse en el tiempo hasta llegar al equilibrio. Es decir, evoluciona de forma natural y espontánea hacia estados cada vez más probables y desordenados sin la intervención de fuerzas externas.
Eficiencia menor al 100%
Otra implicación importante de esta ley, es que ninguna máquina que convierta calor en trabajo puede tener una eficiencia del 100%. Siempre existirán pérdidas de energía, principalmente en forma de calor disipado al ambiente. Por más optimizado que esté el sistema, la segunda ley impone un límite a la fracción de calor que realmente puede transformarse en trabajo útil.
Imposibilidad del movimiento perpetuo
La existencia de irreversibilidades en los procesos de conversión energética descrita por esta ley, también descarta la posibilidad de construir máquinas de movimiento perpetuo. Se trataría de dispositivos capaces de funcionar de manera continua sin requerir un aporte externo de energía.
En la práctica son inviables precisamente por las ineficiencias y pérdidas de calor antes mencionadas. Tarde o temprano, tales máquinas se detendrían.
Sistemas termodinámicos
Los sistemas termodinámicos se clasifican en aislados, cerrados y abiertos. En los aislados no hay intercambio de materia ni de energía con el exterior. La segunda ley de la termodinámica, tiene especial relevancia en este tipo de sistemas. Al estar aislados, la entropía solo puede permanecer constante o incrementarse, nunca disminuir.
Procesos irreversibles
Los procesos irreversibles, son aquellos en los que existen estas irreversibilidades descritas por la segunda ley. La fricción entre superficies de contacto es un buen ejemplo. Esta disipa energía cinética en forma de calor al entorno, incrementando la entropía global del sistema. Otros procesos naturales e irreversibles, son la difusión de gases y la conducción térmica.
Flecha del tiempo
La segunda ley de la termodinámica está íntimamente relacionada, con la noción de la flecha del tiempo en física. Esta flecha señala la dirección en la que el tiempo avanza. Desde el pasado, al futuro. Los procesos termodinámicos irreversibles marcan una dirección temporal clara. Es fácil distinguir si un video de un proceso de este tipo se muestra hacia adelante o en reversa.
Calor y temperatura
El calor y la temperatura son conceptos termodinámicos relacionados. Pero en el fondo, son también diferentes diferentes. Se define el calor, como la transferencia espontánea de energía térmica, entre los sistemas en contacto con distinta temperatura.
Degradación de la energía
Tal como predice la segunda ley, en los sistemas aislados ocurre una degradación espontánea y natural de la energía disponible. La capacidad para realizar trabajo útil, siempre termina disminuyendo. Parte se pierde en forma de calor y el resto se reparte de manera desigual e irregular entre las moléculas.
Equilibrio termodinámico
El equilibrio termodinámico se alcanza cuando las propiedades intensivas como temperatura, presión y composición química son homogéneas en todo el sistema. Ya no existen diferencias que generen cambios espontáneos. En este punto la entropía adquiere su valor máximo según indica la segunda ley.
Conclusión
En definitiva, la segunda ley de la termodinámica es indispensable para explicar el comportamiento de la energía en la naturaleza. Rige el sentido espontáneo de las transformaciones físicas y químicas hacia estados cada vez más probables y caóticos.