No se puede engañar a la naturaleza, pero sí se puede ponerse de acuerdo con ella.
A. Einstein
Introducción:Energias libres, móviles de movimiento perpetuo y otras formas de obtener energía gratis que según algunos no están siendo ocultadas por las grandes multinacionales para seguir manteniendo su monopolio energético. Como veremos a continuación, no son más que inventos o ejercicios puramente teóricos que vulneran las leyes de la termodinámica.
¿Que es la termodinámica?En términos generales podemos decir que la termodinámica es una parte de la física que se dedica a estudiar aquellos fenómenos físicos macroscópicos relacionados con el calor, la temperatura y todos los fenómenos relacionados con las transformaciones energéticas (calor en trabajo o energía química en eléctrica por ejemplo).
Hay cuatro principios fundamentales, los dos primeros llamados primer principio y segundo principio de la termodinámica se descubrieron en el siglo XIX. Con el primero Joule estableció la conexión entre calor y trabajo dentro del enunciado general de la conservación de la energía. Gracias al segundo Carnot determina la dirección según la cual tienen lugar los procesos termodinámicos y el estado de equilibrio de un sistema físico. En 1906 Nerst estableció el tercer principio de la termodinámica, que fija un límite a la temperatura termodinámica y a la entropia.
Además existe el principio cero, que define el equilibrio térmico y permite definir el concepto de temperatura.
Conceptos básicos:Principio 0 de la termodinámica:Dos sistemas aislados, A y B, puestos en contacto un tiempo prolongado alcanzan la misma temperatura. Además si el sistema A tiene la misma temperatura que el sistema C y, al mismo tiempo, el sistema B, tiene la misma temperatura que el sistema C, entonces los sistemas A y B tienen la misma temperatura.
¿Que es la temperatura?La temperatura está asociada a las nociones de calor o frio. Físicamente está relacionada con la energía asociada a los movimientos de las partículas de un sistema. A mayor energía mayor temperatura. La temperatura de un cuerpo, a diferencia de otras magnitudes termodinámicas como la entropia o el calor, solo puede medirse cuando dicho cuerpo se encuentra en equilibrio termodinámico.
¿Que es el trabajo?El trabajo es la energía que se transfiere entre un sistema y el medio que lo rodea cuando entre ambos se hace una fuerza. Se mide mediante la multiplicación de la fuerza aplicada por la distancia que recorre el sistema en la dirección a la que aplicamos la fuerza. Si el trabajo es mayor que 0, el sistema realiza trabajo sobre los alrededores, si en cambio es menor que 0, los alrededores realizan trabajo sobre el sistema.
Primer principio de la termodinámica:También conocido como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro o la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar un sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna.
Segundo principio de la termodinámica:Este principio regula la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrase en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Este principio apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía tal que, para un sistema aislado* la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.
Tercer principio de la termodinámica:Es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos.
Móviles perpetuosLos móviles perpetuos son máquinas hipotéticas que serían capaces de funcionar eternamente sin necesidad de energía adicional. Los hay de dos tipos:
Moviles perpetuos de primera especieVulneran el primer principio de la termodinámica generando más energía de la que consumen.
Moviles perpetuos de segunda especieEn estas máquinas se trata de extraer energía del "espacio circundante" y luego, concentrarla y dispersarla a voluntad.
Primero, el "espacio circundante" no contiene energía de por si, e intentar extraerla es algo inutil. Sólamente contiene energía el medio material (la sustancia o campo) que llena ese espacio.
Por "espacio circundante" puede haber dos interpretaciones:
Puede que uno se refiera al medioambiente, que precisamente se encuentra desequilibrado energéticamente hablando, y debido a ello podemos obtener electricidad a partir del Sol, del viento o del carbón tal y como se ha hecho siempre.
Otra interpretación de "espacio circundante" puede ser la parte equilibrada de todo el medio del sistema y sacar energía de esta parte del ambiente es imposible ya que no hay desequilibrios que puedan ser utilizados.
Segundo, no es posible concentrar y dispersar energía con una eficiencia del 100% ya que como hemos visto, el segundo principio de la termodinámica nos dice que esto es imposible ya que siempre hay pérdidas asociadas en este caso, a la concentración y dispersión de la energía.
Notas:
* Un sistema aislado es aquel que no intercambia materia ni energía con su entorno.
