Clase: Leyes de la termodinámica

Sistemas

Cuando hablamos de termodinámica, el elemento o conjunto particular de elementos que nos interesa (que podría ser algo tan pequeño como una célula o tan grande como un ecosistema) se llama sistema, mientras que todo lo que no está incluido en el sistema que hemos definido se llama alrededores. Estos poseen un límite, elementos, relaciones, flujo de entrada y flujo de salida.

Según los intercambios de materia existen tres tipos: 

• Sistema abierto: puede intercambiar energía y materia con el entorno. Ejemplo: los humanos.
• Sistema cerrado: solo puede intercambiar energía con el entorno. Ejemplo: la tierra.
• Sistema aislado: no puede intercambiar ni energía ni materia con el entorno. En sentido estricto no existen.

El intercambio de materia y energía tiene que seguir las leyes de la termodinámica.

Cuando las transformaciones energéticas ocurren en un sistema aislado la energía total dentro de este permanece constante, al interpretarse el universo como un sistema aislado la generalización de estas observaciones condujo a la primera ley de la termodinámica.

Primera ley de la termodinámica

La energía del universo permanece constante. Esto significa que la energía no se crea ni se destruye, pero puede ser transformada.

Relación entre la primera ley de la termodinámica y los seres vivos 

Los seres vivos son sistemas abiertos, aún así el principio de conservación de energía se cumple. 

El primer principio de la termodinámica se refiere a la conservación de una forma total de energía y no aclara que cada vez que se realiza un proceso parte de la energía involucrada se transforma de energía útil en energía inútil. Cada vez que se utilice cualquier tipo de energía para realizar un proceso, parte de ella se perderá como calor inevitablemente.

Segunda ley de la termodinámica

La entropía del universo tiende a un máximo. Esto significa que los procesos naturales espontáneos ocurren siempre en un misma dirección: la que conduce a un aumento de la entropía. Existe una dirección hacia la cual cualquier sistema que este fuera del equilibrio tiende a desplazarse. Al hacerlo, se disipa energía. Cuando toda la energía útil se haya disipado, en el sistema no podrán ocurrir más procesos. 

Energía útil=Energía total-Energía disipada 
La energía disipada puede expresarse como el producto entre la temperatura (T) y un factor llamado entropía (S). 

De aquí se desprenden algunas conclusiones: 

• La condición de equilibrio es el estado mas probable de un sistema en el que no se requiere energía para su mantenimiento.
• El estado más probable es el de mayor desorden o mayor entropía.

En los sistemas aislados los proceso internos son espontáneos, y ocurren porque en el sistema hay heterogeneidades. Cuando se alcanza el equilibrio en el sistema, toda la energía útil se habrá disipado (máxima entropía).

En los sistemas aislados, la entropía nos permite predecir la dirección de los proceso espontáneos.