Principios de la Termodinamica

La Termodinámica es la parte de la física que analiza los fenómenos en los que interviene el calor, estudiando las transformaciones de energía y las relaciones entre las propiedades físicas (presión, volumen, temperatura) de los cuerpos afectados por estas transformaciones.

El Primer Principio de la Termodinámica se puede definir de varias formas:

a) “La energía del Universo ni se crea ni se destruye, solamente se transforma”.

b) “La variación de la energía interna (ΔU) de un sistema en un proceso determinado, corresponde a la variación de calor que experimenta (Q) menos la variación de trabajo (W) durante el proceso; 

ΔU = Q — W”.

La energía interna (U) de un sistema es la suma de todas las energías del cuerpo, expresadas en forma de trabajo y calor (energía cinética, nuclear, potencial, química,...).

Esto viene a decir que la variación de energía interna no depende del camino recorrido, sino únicamente de los estados inicial y final. Por ejemplo, la variación de energía interna de un bloque de hielo a -60 °C, al pasar a agua a 20 °C será la misma bien se haga rápidamente o más lentamente.

El Segundo Principio de la Termodinámica dice:

“No es posible desarrollar un sistema que opere según un ciclo termodinámico de manera que ceda una cantidad neta de trabajo a su entorno, si recibe calor de una única fuente térmica”.

Este enunciado indica que las máquinas térmicas reciben calor de una fuente a alta temperatura para realizar un trabajo, pero no pueden transformar todo ese calor en trabajo, teniendo que ceder una parte de calor a otra fuente que estará a una temperatura más baja. Por lo tanto el rendimiento de una máquina térmica es imposible que sea del 100 %.

El Tercer Principio de !a Termodinámica dice:

“Es imposible que un sistema alcance la temperatura de cero grados Kelvin en un número Finito de operaciones”.

Diversos enunciados del segundo principio de la Termodinámica

Según Carnot (1824) : “Siempre que exista una diferencia de temperaturas, puede originarse una fuerza motriz”.

La fuerza motriz no depende de los agentes que intervienen en su desarrollo, sino que se determina cuantitativamente mediante la temperatura de los cuerpos entre los cuales tiene lugar la transmisión del calor.

Cuanto más elevada sea la temperatura inicial del gas, tanto mayor será la fuerza motriz obtenida.

“Es imposible esperar la transformación completa de calor en fuerza motriz”.

Según Clausius (1850): “El calor no puede pasar de un cuerpo frío a otro más caliente por sí mismo por un proceso espontáneo (sin compensación)”.

Según Kelvin (1851): “No todo el calor de la fuente caliente puede transformarse en trabajo, sino que parte de este calor deberá cederse a la fuente fría o receptor de calor”.

Según Kelvin y Plank: “Es imposible construir un motor que funcione según un ciclo que produzca trabajo e intercambio de calor con una sola fuente de calor”.

Según Ostwald: “El motor perpetuo de segunda especie es imposible”.