Las leyes de la termodinámica

Leyes en la vida cotidiana

Todo tipo de leyes gobiernan nuestra vida diaria. Las leyes de tránsito dicen que debe detenerse en las señales de alto. Las leyes gubernamentales exigen que entregue una parte de su salario al gobierno estatal y federal. Incluso las leyes científicas se aplican a la vida cotidiana. Por ejemplo, la ley de la gravedad predice un resultado bastante pobre para cualquiera que intente volar. Otro conjunto de leyes científicas que afecta nuestra vida diaria son las leyes de la termodinámica. Entonces, veamos un conjunto de ejemplos para ver cómo se aplican las leyes de la termodinámica a la vida cotidiana.

Primera ley de la termodinámica

La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se puede crear ni destruir, pero se puede convertir de una forma a otra. Esto también se conoce a veces como la ley de conservación de la energía. Entonces, ¿cómo se aplica esto a nuestra vida diaria? Bueno, consideremos la computadora que estás usando en este momento. Está alimentado por energía, pero ¿de dónde vino esa energía? La primera ley de la termodinámica nos dice que esta energía no pudo haber aparecido de la nada, por lo que vino de alguna parte.

Comencemos a rastrear esa energía. Sabemos que nuestra computadora funciona con electricidad, pero ¿de dónde vino esa electricidad? Bueno, vino de una planta de energía. Ahora, esa planta de energía podría haber producido esa electricidad de muchas maneras. Consideremos un ejemplo en el que la central eléctrica es una central hidroeléctrica. Entonces, la central hidroeléctrica se asociará con una presa, y esa presa está reteniendo un río . Un río tiene energía cinética asociada, lo que significa que el río fluye. Se mueve y tiene energía cinética, ¿verdad? La presa está convirtiendo esa energía cinética en energía potencial, lo que significa que detuve el flujo del río. Ese río quiere seguir fluyendo y liberar esa energía potencial que está almacenando la presa.

Cómo la energía se puede transformar en electricidad

Cómo funciona una planta de energía hidroeléctrica es si podemos liberar un poco de esta agua en nuestra planta hidroeléctrica, y puedo usar el agua para hacer girar una turbina. Al hacer girar la turbina, puedo alimentar el generador, que generará electricidad. Esta electricidad se puede canalizar a lo largo de los cables desde la planta de energía hasta su hogar, de modo que cuando conecte el cable de alimentación a la toma de corriente, la electricidad fluirá y su computadora podrá funcionar.

Considere lo que sucedió aquí: ya teníamos una cierta cantidad de energía que estaba asociada con el agua del río como energía cinética. Lo que sucedió entonces fue que la presa transformó la energía cinética en energía potencial. Luego, esa presa tomó esa energía potencial y la convirtió en electricidad, que luego pudo viajar a su hogar y alimentar su computadora.

Segunda ley de la termodinámica

Ahora, la segunda ley de la termodinámica establece que no se puede usar toda la energía. Consideremos otro ejemplo. Digamos que tiene un automóvil atascado y estamos tratando de empujar ese automóvil por la calle. Cuando empujo el automóvil, el automóvil se mueve una cierta distancia y luego se detiene; no se limita a seguir rodando indefinidamente.

Esta es la segunda ley de la termodinámica en acción: no se puede usar toda la energía. Si toda la energía que apliqué al automóvil podría haberse usado, el automóvil podría haber continuado usando esa energía cinética hasta que lo detuve. Sin embargo, sabemos que la energía se pierde lentamente con el tiempo y eso hace que el automóvil se detenga. Cuando empujé el coche, le infundí energía cinética. Esos neumáticos de goma comenzaron a moverse y continuaron avanzando por la calle. Sin embargo, la goma del neumático está raspando el pavimento. A medida que raspa el pavimento, va a producir calor debido a la fricción . El calor es otra forma de energía, pero el calor no es energía cinética.

Energía en un sistema cerrado

Lo que sucede es que, a medida que los neumáticos se mueven por el pavimento, estoy eliminando lentamente parte de la energía cinética y convirtiéndola en calor. Lo estoy convirtiendo en una forma de energía inutilizable en lo que a mí respecta en términos de mover el automóvil. Si graficara la cantidad total de energía para este automóvil a lo largo del tiempo, podría describir los diferentes tipos de energía que existen en este sistema en cualquier punto dado.

Gráfico que muestra la cantidad total de energía a lo largo del tiempo

Entonces, la cantidad total de energía no cambiará con el tiempo. Lo hemos establecido en la primera ley de la termodinámica. Sin embargo, la primera ley de la termodinámica decía que la energía se puede transformar en diferentes formas. Lo que sucede en el mundo real es que solo medimos la energía utilizable. En el caso del automóvil, generalmente solo medimos la energía cinética a medida que el automóvil se mueve. Si tenemos en cuenta la energía en el tiempo cero, entonces toda esta energía aquí es cinética. A medida que pasa el tiempo, y mido la energía cinética del automóvil, ésta disminuirá con el tiempo hasta que llegue al punto en que sea cero y el automóvil deje de moverse. Si al mismo tiempo, tuviera que medir la energía inutilizable que se produce con el tiempo, es decir, el calor que se pierde por fricción, que aumenta con el tiempo. Si tuviera que medir el automóvil en cualquier momento sobre la distancia que recorre, vería que la energía cinética está disminuyendo y el calor que se pierde por fricción aumenta. Y puedo hacer una predicción sobre cuándo se detendrá el automóvil porque la energía cinética ha caído hasta cero.

Otra forma de enunciar la segunda ley de la termodinámica es decir que la entropía o el desorden tienden a aumentar con el tiempo. Lo que podemos hacer entonces es poner este gráfico en una forma de fórmula básica. Podemos decir que la energía total es igual a la energía utilizable o la energía libre más la energía inutilizable del sistema.

Resumen de la lección

Con suerte, estos ejemplos lo ayudaron a comprender un poco más sobre cómo se aplican las leyes de la termodinámica a la vida cotidiana.

La primera ley de la termodinámica establece que la energía se puede convertir de una forma a otra, pero la energía no se puede crear ni destruir.

La segunda ley de la termodinámica establece que no se puede utilizar toda la energía y el desorden tiende a aumentar con el tiempo. Si alguna vez quieres darle a mamá una buena excusa para tu habitación desordenada, solo dile que solo estás siguiendo la segunda ley de la termodinámica.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador