Introducción¶
Como corolario de la primera ley de la termodinámica se obtiene para un sistema cerrado que efectúe un proceso cíclico que
Note
Esto es porque en un proceso cíclico el estado inicial y final es exactamente el mismo. Consecuentemente, su diferencia es cero.
Así pues, la primera ley no impone ninguna restricción en las direcciones de los flujos de calor y trabajo. Esto es, un ciclo en el cual se transfiere desde un sistema una cantidad determinada de calor y a la vez se realiza sobre el sistema una cantidad igual del trabajo satisface la primera ley igual que un ciclo en el que el flujo de calor y el trabajo tuviesen los sentidos contrarios (el sistema recibe calor y realiza trabajo).
Sin embargo, se sabe por experiencia que el hecho de que un ciclo propuesto no viole la primera ley, no nos asegura que ese ciclo pueda realizarse. Es esta evidencia experimental la que lleva a la formulación de la segunda ley de la termodinámica. Así un ciclo sólo se efectuará si se satisfacen a la vez las leyes primera y segunda de la termodinámica.
En un sentido amplio, la segunda ley recoge el hecho de que los procesos suceden en una cierta dirección y no en la opuesta. Una taza caliente de café se enfría cediendo calor hacia el medio ambiente, pero no habrá transferencia de calor desde el medio ambiente frió hacia el café caliente. Observaciones familiares, análogas a la anterior, ponen en evidencia la validez de la segunda ley de la termodinámica.
Sistemas ideales: fuente térmica y fuente de energía mecánica¶
Warning
El siguiente párrafo habla de cosas que no se han explicado.
En el estudio de la materia que se plantea en este tema, y en análisis posteriores al aplicar el segundo principio, es necesario sustituir el medio ambiente por sistemas ideales a los que puede transferirse de manera reversible cualquier cantidad de calor o trabajo. Estos sistemas reciben el nombre de fuentes térmicas y fuentes de energía mecánica.
Con el término fuente térmica designamos a cualquier sistema de masa y volumen constantes que puede transferir cualquier cantidad de calor sin que cambie su temperatura. Es importante tener en cuenta que una fuente térmica, por definición, está siempre en equilibrio termodinàmico a una cierta temperatura T. En sentido estricto, ningún sistema real puede representar el comportamiento de una fuente térmica; sin embargo como posibles sistemas reales con los que se materializa este sistema ideal podríamos citar: un gran bloque metálico, un termostato, también se utiliza la atmósfera, el agua del mar o un río, etc. es evidente que, de los ejemplos citados, el que más se aproxima al modelo, siempre que su tamaño sea lo suficientemente grande como para que su temperatura no se vea afectada por la transferencia de calor, es el bloque metálico.
En el caso de una fuente de energía mecánica, se puede disponer de cualquier cantidad de trabajo sin producción de entropía.
De los dos artificios mencionados el que más se va a utilizar es el de la fuente térmica.