LAS LEYES DE LA TERMODINÁMICA

Las leyes de la termodinámica describen la cantidad (total) y la cualidad (utilidad) de la energía. La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea ni se destruye por medios ordinarios (reacciones nucleares, en los que la materia se transforma en energía, son la excepción). Sin embargo, la energía puede cambiar de forma; por ejemplo, de energía luminosa a energía térmica y química. Si se tiene un sistema cerrado, en el que ni la energía ni la materia pueden entrar ni salir, y si es posible medir la energía en todas sus formas antes y después de un suceso cualquiera, veríamos que la energía total, antes y después, no cambió. Por tanto, la primera ley de la termodinámica se llama también ley de la conservación de la energía.

Para ilustrar la primera ley, piensa en un automóvil. Antes de girar la llave de encendido, la energía del vehículo está en forma potencial, guardada en los enlaces químicos del combustible. Al transitar, aproximadamente 25% de esta energía potencial se transforma en la energía cinética del movimiento. Ahora bien, según la primera ley de la termodinámica, la energía no se crea ni se destruye. ¿Dónde está la energía “perdida”? La combustión de la gasolina no sólo impulsa el coche, sino que también calienta el motor, el escape y el aire alrededor del automóvil. La fricción de las llantas sobre el pavimento calienta la calle. Así, como lo dicta la primera ley, no se pierde energía; la cantidad total de energía es la misma, aunque cambió de forma.

La segunda ley de la termodinámica establece que cuando la energía se convierte de una forma en otra, la cantidad de energía útil decrece. Dicho de otra manera, la segunda ley establece que todas las reacciones o cambios físicos hacen que la energía se convierta en formas cada vez menos útiles. Por ejemplo, 75% de la energía almacenada en la gasolina que no impulsa el coche se convirtió en calor. El calor es una forma menos aprovechable de la energía porque únicamente aumenta el movimiento aleatorio de las moléculas del automóvil, el aire y la calle.

De la misma manera, la energía térmica que liberan en el aire los corredores cuando los alimentos “se queman” en su organismo, no puede aprovecharse para que corran más rápido. Así, la segunda ley de la termodinámica establece que ningún proceso de conversión de energía, incluyendo los que ocurren en el cuerpo, es 100% eficiente al usar energía para un fin determinado.

La segunda ley de la termodinámica revela también algo de la organización de la materia. La energía útil se guarda en matera muy ordenada y cuando se usa en un sistema cerrado, hay un aumento general en el desorden y la aleatoriedad de la materia.

En el caso de la energía química, los ocho átomos de carbono de una única molécula de gasolina tienen una disposición mucho más ordenada que los átomos de carbono de las ocho moléculas separadas y de movimiento aleatorio del dióxido de carbono y las nueve moléculas de agua que se forman cuando se consume gasolina. Pasa lo mismo con las moléculas de glucógeno almacenadas en los músculos de los corredores, que de ser cadenas muy organizadas de moléculas de glucosa, se convierten en moléculas más simples de agua y dióxido de carbono cuando las usan los músculos. Esta tendencia a la pérdida de complejidad, orden y energía útil (y aumento consiguiente de aleatoriedad, desorden y energía menos útil) se llama entropía.