Introducción¶
Conocemos diferentes formas de energía ligadas:
- al movimíento de un cuerpo (energías cinéticas de traslación y rotación)
- a su posición en el campo gravitatorio (energía potencial)
- de una partícula cargada en el campo eléctrico y magnético
- en químíca la energía de enlace de los átomos y moléculas.
En termodinámica se verá la relación entre éstas y otras formas de energía y se describirán sus cambios para diversos tipos de sistemas en función de las interacciones en los límites de los mismos.
Conviene insistir en que un sistema puede contener energía y este contenido de energía puede cambiar por transferencia a través de los límites del mismo. Téngase en cuenta que un sistema en equilibrio no puede cambiar de estado si no se produce una transferencia de energía a través de los límites que lo definen. Ahora bien, esta transferencia de energía es un fenómeno transitorio asociado con las interacciones entre sistema y medio ambiente. Es decir, la transferencia se da míentras persiste la interacción.
El trabajo y el calor son, fundamentalmente, los modos de transferencia de energía con los que se puede cambiar el estado termodinámico de un sistema y por tanto, son formas de energía en transito que se miden en la frontera del sistema en las mismas unidades. Según lo que hemos dicho, una vez que ha cesado la transferencia de energia como calor o trabajo ya no es posible hablar de estos conceptos asociados al sistema y sólo es posible hablar del cambio de energía producido en el mismo debido a la correspondiente interacción. Dicho de otra forma no es posible hablar de trabajo o calor de un sistema.
Desarrollo histórico¶
Todo lo dicho anteriormente, que ahora parece bastante evidente, no se estableció como evidencia experimental hasta la mitad del pasado siglo XIX. La confirmación de que calor y trabajo eran dos formas de presentarse la energía en transito se debe, fundamentalmente, a los trabajos de Mayer, Rumford y Joule (1). Son especialmente conocidas las experiencias realizadas por este último.
Note
Para una exposición detallada sobre el desarrollo histórico de este problema es recomendable el texto de Hotton y Brush. INTRODUCCIÓN …LOS CONCEPTOS Y TEORÍAS DE LAS CIENCIAS FÍSICAS. Ed. Reverte. 1981.
Warning
Debe quedar claro, desde el principio, que la definición de energía que se utilizó en mecánica “como la capacidad de realizar trabajo” no es válida en termodinámíca. Cuando se considere la aplicación de la segunda ley de la termodinámica, se verá que de la energía que tiene un sistema hay una parte disponible para realizar trabajo y otra que permanece ligada al sistema.