martes, 19 de agosto de 2008

La termodinámica y sus consecuencias

De siempre he tenido la impresión de que si no se entienden las leyes de la termodinámica, el tema de la energía era imposible de abordar. Quizá algunos no estén deacuerdo con esta visión, y creerán que lo más importante es conocer las diferentes fuentes de energía, y como afectan las situaciones geo-políticas al conjunto. Sin embargo, conocer las leyes de la termodinámica implica, además, saber porque necesitamos estas fuentes de energía, y como influyen en nuestra vida cotidiana.


TERMODINÁMICA PARA DUMMIES
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La primera ley de la termódinámica nos dice que "El incremento de la energía interna de un sistema termodinámico es igual a la diferencia entre la cantidad de calor transferida a un sistema y el trabajo realizado por el sistema a sus alrededores.". Esto puede resumirse como que la cantidad de energía en un sistema termodinámico se mantiene siempre constante.

La segunda ley de la termodinámica nos dice que "La cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo, hasta alcanzar un valor máximo".

Pero... ¿que se esconde detras de estas sesudas descripciones? Bueno, hoy daremos una clase de termodinámica para Dummies. Para ello recurriremos a un ejemplo sencillo: nos comeremos una fresa.

Imaginemos una fresa. Si, una fresa cualquiera... rojita... tamaño medio... una de las muchas que te puedas encontrar en el supermercado. Tal y como la tenemos ahora, está enterita, sin disgregarse. Podemos decir que está "ordenada". Ahora cogemos esta fresa y le metemos un mordisco. Dicha fresa aumenta su desorden, ya que una parte de la fresa se ha separado del resto. Ahora le vamos metiendo sucesivos mordiscos a la fresa. Aumentamos su desorden. La entropia puede definirse como la cantidad de desorden de un sistema. Por lo tanto, podemos decir que estamos aumentando la entropia de la fresa.

Esta fresa, ahora va a pasar al sistema digestivo, el cual se va a encargar de dividirla en sus sustancias básicas: potasio, proteinas, azúcares, etc... Es decir, el sistema digestivo sigue aumentando el desorden de la fresa. Aumenta su entropía. Parte de esta fresa (la celulosa, presente en todos los vegetales, por ejemplo), no se digerirá, y será deshechada a través de las heces.

Bien, la cantidad de entropia de la fesa, ahora, está en un valor máximo. Es decir, tiene su mayor desorden, cumpliendo con la segunda ley de la termodinámica. También sabemos que la cantidad total de fresa se ha mantenido constante, pero ahora tenemos parte por el torrente sanguineo circulando como sustancias básicas, y parte formando parte de nuestros "deshechos orgánicos". Es decir, la fresa está cumpliendo con la primera ley de la termodinámica.

Esta fresa, una vez digerida, ya no es reutilizable, es decir, ya no nos la podemos volver a comer. Ha pasado de un estado disponible (cuando estaba entera), a no disponible (ya digerida), al aumentar su entropia. Esta es una de las consecuencias directas de la segunda ley de la termodinámica.



CONSECUENCIAS DE LAS LEYES DE LA TERMODINÁMICA
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Es evidente que con el tema de la energía, que es el que nos mueve ahora, ocurre lo mismo. Para obtener energía lo que hacemos es aumentar la cantida de desorden (por ejemplo añadiendo oxígenos a la gasolina - combustión). Cuando lo que queremos es invertir el proceso, es decir, eliminar energía, lo que hacemos es añadir orden al sistema (por ejemplo, añadiendo al la combustión dióxido de carbono, que elimine el oxígeno del ambiente). Por este motivo en invierno (época del año con poca entropía energética) ponemos la calefacción (añadiendo desorden al sistema), y en verano (con una mayor entropía energética) ponemos el aire acondicionado.

El problema que se tiene siempre es que las fuentes de energía cumplen a rajatabla la segunda ley de la termodinámica, aumentando si nivel de entropía, y por lo tanto pasando a estado no disponible, lo cual nos obliga a nosotros a añadir orden nuevo, incluyendo más cantidad de dicha fuente de energía.



FUENTES NO RENOVABLES DE ENERGÍA
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Las fuentes clásicas de energía (conocidas también como "no renovables"), como el petroleo, el carbón o, incluso, la energía nuclear tienen un problema, y es que hay que extraerlos. Es decir, hay una una cantidad limitada del producto en cuestión (incluso de isótopos radiactivos), que al aumentar su entropia no es recuperable nunca. Por eso hay que andar buscando nuevos yacimientos de forma constante, y hay que gastar grandes sumas de dinero en su transporte y distribución. Al fin y al cabo son fuentes finitas de energía, y que por lo tanto se acabarán tarde o temprano.


FUENTES RENOVABLES DE ENERGÍA
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Las fuentes renovables de energía, son aquellas que están basadas en procesos cíclicos de la naturaleza, y que por lo tanto no suponen un coste de transporte, ni de búsqueda de nuevos recursos. Estos recursos, como por ejemplo la energía solar, son también limitados, es decir, en algún momento se acabarán: dejará de haber mareas, o dejará de existir el sol; sabemos que la vida astronómica del sol y de la tierra, realmente son limitados. Pero el agotamiento de dichas fuentes es tan a largo plazo, que se puede considerar despreciable, con respecto a la vida del hombre como especie (tal y como ahora la conocemos, al menos), y por lo tanto, a nivel práctico, pueden considerarse como infinitas.


CONSIDERACIONES FINALES
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Las consecuencias del cumplimiento de las leyes de la termodinámica las sufrimos todos los días, y a nivel práctico, nos ayudan a comprender todos los procesos que ocurren a nuestro alrededor.

Si tenemos en cuenta la relación entre masa y energía (E= mc²), podemos decir que todo está constituido por energía, y por tanto, el cumplimiento de las dos leyes de la termodinámica estará presente en todos los procesos, naturales y artificiales, que podamos conocer.

Un saludo a todos.

2 comentarios:

  1. muy buena publicacion...
    estoy estudiando y me ayudo!

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  2. Gracias, muy buenas consideraciones

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