By Reporte de lectura: DE LA MAQUINA DE VAPOR AL CERO ABOSLUTO PEDRO ENRIQUE ORTIZ ORTEGA Las maquinas térmicas se desarrollaron sin que hubiese existido la menor compresión sobre las causas teóricas de su funcionamiento. En 1 698 Thomas ry, basado en la idea de Edward Somerset, invento la que puede considerarse como la primera máquina de vapor. Luego, Joseph Black un médico y químico escocés, aclaró la distinción entre calor y temperatura en el siglo XVIII.
Sin embargo, desde épocas remotas como la de los griegos ha existido una polémica acerca de la naturaleza del calor. Pero no ue hasta que Robert material (formado po art son atraídas a las pa ulag como un fluido elásti cuya densidad aume or7 r de una sustancia len entre sí pero ria) se comportaba os los cuerpos y a, ha este fluido él lo llamo «calórico». Pero a pesar de las ideas dadas, aun no se tuvo una teoría que guiara el desarrollo de las maquinas térmicas hasta 1 840 aunque la evolución de la tecnología fue cas’ empírica.
Aun con los avances hechos no se tenía una idea de los principios que hoy nos rigen en la termodinámica, pero no fue hasta que se empezaron a hacerse las preguntas adecuadas que empezó a urgir el camino de la termodinámica como Swlpe to vlew next page como hoy se conoce y fue gracias a Sadi Carnot quien propuso que el trabajo aprovechable sólo depende de la temperatura de los cuerpos entre los cuales funciona la maquina y no de los agentes encargados de producirlo.
Como cualquier estudio de la física, la termodinámica tiene que ser coherente con los principios de conservación o al menos así es como a los ffsicos les gusta pensar, por ello las experiencias de Joule sirvieron para extender esta observación a todo sistema termodinámico y postular que si a cualquier sistema aislado le uministramos una cierta cantidad de energía mecánica W, ésta solo provoca un incremento en la energía interna del sistema U.
La existencia de esta cantidad de energía interna para cualquier sistema, es el postulado conocido como la prmera ley de la termodinámica. Donde AU corresponde a una cantidad que no depende de la naturaleza del proceso usado para medirla, pues es una variable de estado, una cantidad intrínseca a la naturaleza del sistema que se escoge para estudiarlo. Q y W sólo tienen sentido y aparecen en escena si ocurre una proceso determinado en el cual puede realizar o recibir trabajo y absorber o ceder alor.
Quien acento las bases matematicas como hoy se conoce de las dos primera leyes de la termodinámica se le debe a Clausius, el cual utilizo la hipótesis de suponer que el proceso a que esta sujeta la susbtancia operante de una máquina térmica es un proceso que el proceso a que esta sujeta la susbtancia operante de una máquina térmica es un proceso ideal. Él afirma que todo proceso reversible e isotérmico el cociente Q/T no depende del proceso sno sólo depende de los estados inlcial y final, los cuales están en equilibrio.
Lo cual nos quiere decir que dicho cociente (S) es una propiedad inherente del sistema. Es decir, no depende del proceso cíclico. El gran merito de Clausius radico en que el fue quien se dio cuenta de que en un proceso irreversible, el cambion de la función S es mayor que el cociente QreWT. Por lo cual Clausius llego a proponer que para cualquier proceso que tenga lugar entre dos estados de equilibrio de un sistema dado, la relación AS?
Q/T, donde Q es el calor transferido entre el sistema y el cuerpo o el medio ambiente, con el cual esté en contacto y se encuentra a la temperatura T. Esta es una de las formas de enunciar la segunda ley de la termodinámica, que fijándonos n el caso cuando se cumple la igualdad entonces AQ- AQrev. Lo cual nos habla de un sistema que sólo intercambia calor con otro cuerpo, que bien pueden ser sus alrededores, y de un proceso infinitamente lento, para garantizar que en cada estado intermedio el sistema alcance el equilibrio y además, sea isotérmico.
Lo antenor se conoce como el cambio de entropía del sistema, además cuando el proceso es adiabático, entonces y si más aún, el proceso es reversible o idea cuando el proceso es adiabático, entonces ASà0 y si más aún, el proceso es reversible o ideal, la entropía es constante. Hasta aquí, mencionamos el concepto de Entropía, sin embargo, no es concepto del cual sea fácil de visualizar por lo cual a la entropía podemos verla desde este otro punto de vista: La entropía es una medida de la falta de grado de restricción en un sistema o si se quiere, es una medida de la desorganización.
Uno de las estudios mas interesantes de la termodinámica se deben a Lord Kelvin, quien fue el primero en darse cuenta de efectos irreversibles en sistemas termodinámicos y obtuvo resultados concretos a partir de una fórmula: Ahora veamos que si en un sistema es cerrado y aislado emovemos una restricción, inducimos un proceso que ocurre siempre en le dirección que la entropía aumenta. pero si el proceso ocurre en un sistema cerrado pero no aislado o abierto no involucra a la entropía. Esto dependerá de las variables que mantengamos fijas en el proceso.
Esta colección de funciones se conoce como potenciales termodinámicos. Remontando a las maquinas térmicas, y analizándolo con los procesos irreversibles, se observa que hay cierta cantidad de energía que no es aprovechable como trabajo útil. Lo cual tiene sentido en el mundo real, debido a que los procesos irreversibles on tan comunes en la naturaleza, por lo tanto hay una cierta cantidad de energía derivada de ellos cantidad de energía derivada de ellos que no es convertible en trabajo útil.
Este fenómeno que fue estudiado por Kelvin se lo conoce como el pnnclpio de degradación de la energía. De las características mas sobresalientes y curiosas que se observan en este tipo de fenómenos es que van acompañados siempre por una cantidad de energía conocida como «el calor de la reacción». Luego, con este término se utiliza para clasificar las reacciones químicas, las cuales son endotérmicas su se le suministra energía ara que puedan ocurrir o exotérmicas si producen energía en forma de calor cuando se tiene lugar dicha reacción.
Una regla empírica conocida que utiliza estos términos es la ley de Hess la cual establece que el calor absorbido o cedido por una reacción química es lo mismo, independiente de que la reacción ocurra en uno o varios pasos. Hasta ahora se han planteado las leyes para poder describir los fenómenos que ocurren en la vida cotidiana, pero que pasa cuando queremos adentrarnos a temperaturas extremas, sabemos que en el sol las tempreaturas son extremas y ocurren enómenos cuanticos que hacen funcionar a una estrella como tal.
Ahora, para temperaturas muy bajas el comportamiento es diferente, pero ¿Qué pasa cuando se alcanza el cero absoluto?. Para responder a esta pregunta vamos a profundizar en este tema. La física de bajas temperaturas se tema. La fisica de bajas temperaturas se enfrenta al reto de esclarecer el comportamiento de la materia a medida que se enfría. Hoy en día una de las temperaturas más baja que se ha alcanzado en un laboratorio es de 0. 0005 K pero durante periodos de tiempo muy cortos, lo cual no es factible para poder acer experimentos. Si reflexionamos lo que conlleva encontrar el comportamiento de la materia a la temperatura del cero absoluto, esto nos lleva a pensar que se llegaría a encontrar el valor absoluto de la entrop(a en dicha temperatura, con lo cual quedaría resuelto el problema de conocer la constante indeterminada que aparece en las definiciones, no sólo en la entropía sino, como de la energ(a interna y entropía.
Al entusiasmar a los físicos de aquellos días, empezaron a sugir propuestas de ideas para poder entender el comportamiento de un sistema cercano al cero absoluto, pero o fue hasta que Nernst llego con su enunciado que fue bien recibido, pero sin embargo aun le faltaba modificar algunas cosas las cuales modifico Simon, en su enunciado Nernst-Simon el cual dice: El limite del cambio de la entrop(a para un sistema termodinámico en cualquier proceso reversible e isotérmico entre estados de equilibrio tiene a cero cuando T tiende a cero.
Ciertamente el camino de la termodinámica ha sido un camino algo más práctico que teórico, por lo cual camino de la termodinámica ha sido un camino algo más práctico que teórico, por lo cual no es del agrado de todos. Sin embargo, os planteamientos teóricos han sido tan contundentes que las modificaciones que se han hecho a sus leyes y enunciados han sido muy pequeñas en comparación con otras ramas de la física.
En el camino seguido por la termodinámica, el camino al cero absoluto ha sido uno de las más controversiales y sobre todo emocionantes, debido a que muchas preguntas que se han cuestionado se responder[an no solo para la termodinámica sino también para otras ares a de la física, además de las innumerables preguntas que se han formulado alrededor de temperaturas tan bajas como es la superconductividad, que i bien se ha empezado a trabajar con ella aun no hay teoría que la explique por completo.
Pero aun hace falta mucho para llegar al cero absoluto, pues debido al enunciado de Nernst Simon no podemos alcanzar el tan codiciado cero absoluto, sin embargo este enunciado no nos dice nada acerca de sistemas microscópicos, con lo cual podr(a ser el camino para alcanzar tan preciado cero absoluto, aun si este fuera el camino viable la tecnología que ahora se tiene no es suficiente para dicho propósito. Por lo cual estaremos a la espera de las nuevas ideas que quieran desafiar esta tercera ley de la termodinámlca.
