TEMA 53 de las oposiciones, algunas modificaciones

Hola,
Estas noches de calor veraniegas son insoportables. No puedo dormir, y encima, no sé por qué, la noche pasada me puse a pensar en un tema de las oposiciones. Tal vez fue para intentar coger el sueño a base de agotamiento mental, o tal vez fue porque en mí sigue todavía presente el síndrome de las oposiciones. El caso es que pensando en el tema de la entropía, se me ocurrió hacer algunas modificaciones en alguno de los apartados, de forma que hoy en esta entrada os propongo esos cambios.

Concretamente, el apartado 3 del tema 53 dice:

3) Segundo principio de la termodinámica.
La necesidad de enunciar un principio adicional se puso de manifiesto en el estudio de las máquinas térmicas durante el siglo XIX. Estos estudios probaron que la transformación en un sistema de trabajo en calor llevaba aparejada una disminución en la calidad de la energía del sistema, ya que aunque ese calor podía emplearse de nuevo para realizar un trabajo, el sistema debía siempre ceder parte de ese calor a un foco frío, con lo que la nueva cantidad de trabajo realizado era siempre inferior al inicial. El sistema perdía parte de su capacidad para realizar trabajo, había degradado parte de su energía. Este hecho se da en todo proceso espontáneo. Por ejemplo, si dejamos caer una pelota al suelo, su Ep se transforma en Ec y parte de ésta en calor al colisionar con el suelo. Ese calor provoca un aumento de la temperatura de la pelota, del suelo y del medio ambiente, lo que se refleja en un aumento del movimiento aleatorio de las partículas de la pelota, del suelo y del medio ambiente, o lo que es lo mismo, un aumento del grado de desorden del universo. Este aumento del grado de desorden va parejo con la degradación de la energía del sistema, ya que la pelota tendrá menos capacidad para realizar trabajo, pues al degradar parte de su energía en forma de calor, cuando rebote alcanzará una menor altura. Por tanto los cambios espontáneos siempre llevan asociados un aumento del desorden del universo, que se corresponderá con una degradación de la energía en alguna parte del universo. Esta idea constituye la base del llamado segundo principio de la termodinámica: “El universo siempre tiende espontáneamente a un estado de máximo desorden”.


La nueva redacción sería la siguiente, sustituyendo el proceso físico que utilizo como ejemplo con un proceso químico, ya que el tema realmente está relacionado con los cambios de entropía en las reacciones químicas:

La necesidad de enunciar un principio adicional se puso de manifiesto en el estudio de las máquinas térmicas durante el siglo XIX. Estos estudios probaron que la transformación en un sistema de trabajo en calor llevaba aparejada una disminución en la calidad de la energía del sistema, ya que aunque ese calor podía emplearse de nuevo para realizar un trabajo, el sistema debía siempre ceder parte de ese calor a un foco frío, con lo que la nueva cantidad de trabajo realizado era siempre inferior al inicial. El sistema perdía parte de su capacidad para realizar trabajo, había degradado parte de su energía. Este hecho se da en todo proceso espontáneo. Por ejemplo, si quemamos un trozo de madera, la energía química contenida en sus enlaces se transforma en energía calorífica. Ese calor provoca un aumento de la temperatura de la madera y del medio ambiente, lo que se refleja en un aumento del movimiento aleatorio de las partículas de la madera y del medio ambiente, o lo que es lo mismo, un aumento del grado de desorden del universo. Este aumento del grado de desorden va parejo con la degradación de la energía del sistema, ya que los productos que se originan en la combustión (cenizas, agua y dióxido de carbono) ya no pueden volverse a quemar, y por tanto el sistema tiene menos capacidad para realizar trabajo (por ejemplo, utilizando el calor liberado para mover una máquina de vapor). Por tanto los cambios espontáneos siempre llevan asociados un aumento del desorden del universo, que se corresponderá con una degradación de la energía en alguna parte del universo. Esta idea constituye la base del llamado segundo principio de la termodinámica: “El universo siempre tiende espontáneamente a un estado de máximo desorden”.

Si luego pasamos al apartado 4, en el tema que os subí dice lo siguiente:

El siguiente paso es asociar la degradación de la energía en un sistema con una función matemática. Pensemos en el ejemplo del apartado anterior. Parte de la energía de la pelota se degrada transformándose en calor, que se transmite al suelo, al medio ambiente y a la propia pelota. Cuanto mayor sea el calor que reciba la pelota mayor habrá sido la degradación de la energía de la misma. Por otra parte la temperatura de la pelota también influirá en la degradación de la energía. Imaginemos que deseamos obtener un trabajo a partir de ese calor que ha recibido la pelota, por ejemplo, transmitiendo dicho calor a un cuerpo frío. Si la temperatura de la pelota es baja, tendrá menos capacidad para transmitir ese calor que si la temperatura de la pelota es alta. Cuanto menor sea la temperatura de la pelota más se habrá degradado la energía recibida.

La nueva redacción sería así:

El siguiente paso es asociar la degradación de la energía en un sistema con una función matemática. Pensemos en el ejemplo del apartado anterior. Al quemarse la madera, su energía química se degrada transformándose en calor, que se transmite al medio ambiente y a la propia madera. Cuanto mayor sea el calor producido en la combustión mayor habrá sido la degradación de la energía de la madera (quedará menos madera por quemar). Por otra parte la temperatura de la madera también influirá en la degradación de la energía. Si su temperatura es baja, parte del calor liberado en la combustión se utilizará para aumentar la propia temperatura de la madera, en lugar de utilizarse para obtener trabajo (por ejemplo, moviendo una máquina de vapor). En definitiva, cuanto menor sea la temperatura de la madera más se habrá degradado la energía del sistema al producirse la combustión.

Pienso que con estas modificaciones se consigue por una parte circunscribir más el tema al ámbito de las reacciones químicas, y por otra, justificar de forma más clara la definición que se hace de la entropía, ya que pienso que el ejemplo de la pelota no era el más adecuado.

Saludos y feliz verano.