Leyes de la termodinámica

Cuatro principios, cuatro preguntas

La ley cero define la temperatura: si dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero, lo están entre sí. La primera es la conservación de la energía: ΔU = Q − W, con Q el calor que recibe el sistema y W el trabajo que realiza. La segunda dice que el calor fluye espontáneamente del cuerpo caliente al frío y que ninguna máquina convierte todo el calor en trabajo. La tercera, que no se puede llegar al cero absoluto.

Ejemplo. Un motor térmico absorbe 1 000 J de una fuente caliente, realiza trabajo y cede 700 J a una fuente fría. Por la primera ley, W = 1 000 − 700 = 300 J, y el rendimiento es η = W ÷ Q_h = 300 ÷ 1 000 = 0.30, es decir, 30 %. Si un gas recibe 200 J de calor y se comprime recibiendo 100 J de trabajo (W = −100 J), ΔU = 200 − (−100) = 300 J, y su temperatura sube.

Error típico. Equivocar el signo del trabajo. Con la convención ΔU = Q − W, el trabajo es positivo cuando el gas lo realiza al expandirse y negativo cuando lo recibe al comprimirse. Tampoco existe una máquina con η = 100 %: lo prohíbe la segunda ley.