El juego de la termodinámica
Se considera que las Leyes de la Termodinámica son las leyes de «más categoría» de toda la física, y por ende, de toda la ciencia. Son las más comprobadas de toda la ciencia, y se consideran auténticos pilares de la física. Si algún día se demostraran equivocadas, toda nuestra ciencia moderna se tambalearía.
Y sin embargo, pese a su importancia, son menos conocidas por el «ciudadano de a pie» que otras, como la Ley de Gravitación Universal, o la Ley de Acción y Reacción (Tercera Ley de Newton). Pues bien, en el artículo de hoy las repasaremos utilizando una divertida forma de recordarlas (una conocida formulación humorística de las tres leyes clásicas de la termodinámica, cuyo origen desconozco).
Primera Ley
La Primera Ley de la Termodinámica, en realidad sí que es muy conocida por el público en general, y posiblemente sea la ley física más conocida por todo el mundo. Se trata de la ley de conservación de la energía, que podemos enunciar así: «La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma».
Su enunciación formal es diferente, pero la idea que subyace es esa. En cualquier proceso que podemos imaginar, la energía en juego es siempre la misma. Si ganamos energía, debe ser a costa de algo o alguien, y si la perdemos, debe ir a algún sitio. No podemos obtener energía de la nada, o como dice el dicho popular, «de donde no hay, no se puede sacar».
Durante siglos, inventores de todo tipo han intentado encontrar lo que se denomina «máquina de movimiento perpetuo de primera especie»: una máquina que produce más energía de la que consume. Pero como podemos ver, eso es imposible. La Primera Ley nos lo impide.
En el juego de la termodinámica, sencillamente, no puedes ganar.
Segunda Ley
La Segunda Ley de la Termodinámica es algo menos conocida, y más «críptica». Puede que a alguno le suene como la ley de «eso raro de la entropía». En efecto, la enunciación más común de la Segunda Ley nos dice que la entropía de un sistema (cerrado y que no esté en equilibrio), tiende a incrementarse con el tiempo, hasta alcanzar el equilibrio.
¿Y eso qué significa? ¿Qué es eso de la entropía? Bueno, podemos definir la entropía como la «energía no aprovechable» para realizar un trabajo. Es decir, una energía que está ahí, pero que no podemos utilizar. ¿Y cómo es eso? Veamos, cualquier objeto del universo, por el mero hecho de estar a una temperatura superior al cero absoluto (0 K), tiene una energía interna, que denominamos calor (en realidad, siendo puristas, el calor es la transferencia de esa energía interna, pero de momento no necesitamos ser tan precisos). Pero para aprovechar ese calor, el objeto debe poder transferirlo a otro. Y para que esto ocurra, ese segundo objeto debe tener menor temperatura.
Esto es muy fácil de entender si pensamos en lo siguiente: imaginemos que tenemos una jarra de leche caliente, y otra de leche fría. Si mezclamos ambos líquidos, la leche fría se calentará, y la caliente se enfriará, hasta que tengamos toda la leche a la misma temperatura. Sin embargo, si volvemos a separar la leche en dos jarras, nunca, jamás de los jamases, una se enfriará a costa de la otra (que se calentaría), de forma natural. Al mezclar la leche de las dos jarras, hemos realizado un proceso irreversible. Si queremos volver a tener una diferencia de temperatura entre las jarras, necesitaremos una fuente de energía externa, para «bombear» el calor de una a la otra.
Así que podemos pensar que la Segunda Ley nos dice que el calor fluye de forma natural de los cuerpos de más temperatura, a los de menos. Y si queremos invertir ese proceso, necesitamos aplicar energía. Por eso los aires acondicionados y los frigoríficos consumen energía, a pesar de extraer calor (energía) de otros objetos, ya que ese calor extraído no es aprovechable.
Una de las consecuencias de esta ley (y así la definió Lord Kelvin), es que no podemos transformar el 100% del calor en energía aprovechable. O lo que es lo mismo, no existe ningún proceso de transformación de energía, 100% eficiente. En todo proceso, perderemos algo de energía, en forma de calor, que se utilizará para elevar la temperatura de algún componente de nuestra máquina, o de su entorno, y no podremos aprovechar.
Durante siglos, los inventores han intentado también encontrar una forma de transformar la energía, con una eficiencia del 100%. Pero eso sería una «máquina de movimiento perpetuo de segunda especie», algo menos ambiciosa que la de primera especie, pero igualmente imposible, ya que la Segunda Ley nos lo impide.
En el juego de la termodinámica, tampoco puedes empatar.
Tercera Ley
La Tercera Ley de la Termodinámica, sí que es una «gran desconocida» para público en general. Es «la otra», el George Harrison de la Termodinámica. Y sin embargo también es fundamental, ya que nos permite definir escalas absolutas de temperatura. Básicamente nos dice que es imposible alcanzar la temperatura de 0 K (cero absoluto), en un número finito de procesos, lo que en la práctica significa que es imposible alcanzar dicha temperatura.
Eso quiere decir que todos los objetos del universo tienen una temperatura superior a 0 K, por lo que todos los objetos del universo, tienen algo de calor, aunque sea muy poco. Y por tanto, ninguno escapa de la Termodinámica.
En el juego de la termodinámica, ni si quiera puedes abandonar.
«Ceroésima» Ley
Existe una Ley Cero de la Termodinámica. Este curioso nombre es debido a que es mucho más básica que las demás, pero se enunció con bastante posterioridad (ya teníamos una Primera Ley). Dice que dos sistemas que estén en equilibrio termodinámico con un tercero, entonces están en equilibrio entre sí. Puede parecer una perogrullada, pero es necesaria enunciarla formalmente.
Tiranía termodinámica
Si nos quedamos con las tres leyes clásicas de la termodinámica, tenemos un juego en el que nunca querríamos participar, si tuviéramos la posibilidad de elegir:
No puedes ganar.
No puedes empatar.
No puedes abandonar.
Así que sólo nos queda perder. Y ciertamente, si el universo durase lo suficiente, llegaría un momento en el que todas sus partículas estarían a la misma temperatura, y sería imposible ningún proceso termodinámico. Es lo que se conoce como la Muerte Térmica del Universo.
Pero no podemos elegir. Es el juego que nos ha tocado jugar, y no podemos cambiar sus reglas.
October 10th, 2007 at 14:54
“Muerte Térmica del Universo” … suena a película de Hollywood
Felicidades, poquito a poco conseguís que la física me guste más (al menos la parte que entiendo)
Saludos.
October 10th, 2007 at 19:42
[...] Inspirado en | Hal9000 - Las Leyes de la Termodinámica [...]
October 10th, 2007 at 19:44
Hay una historia de Asimov que me gustó mucho cuando la leí. Se titula “La última pregunta”; y habla de la entropía en el universo.
http://www.victorlopezjuan.com/libros/Asimov, Isaac - La Ultima Pregunta.htm
October 10th, 2007 at 19:46
D’oh!.
Corrijo el link: http://www.victorlopezjuan.com/libros/Asimov,%20Isaac%20-%20La%20Ultima%20Pregunta.htm
October 10th, 2007 at 21:22
[...] (Visto en HAL9000) [...]
October 10th, 2007 at 22:33
Muy buen post. Sólo decir que la segunda ley es una ley estadística (o eso he oido), es decir que no es que no se pueda romper sino que es muuyyy improbable. Si suelto una piedra desde un metro de altura esta caerá y transformará su energía, ¿es posible que “absorba” energía del medio (enfriándolo) y vuelva a subir a un metro de altura? Estrictamente hablando es posible pero la probabilidad es muchísimo menor que la de escribir todas las obras de Cervantes tecleando al azar. ¿Estoy en lo correcto?
Felicitaciones por el blog, es magnífico.
October 11th, 2007 at 10:46
Las Leyes de la Termodinámica en plan sencillo…
Las Leyes de la Termodinámica (1, 2, 3 y 0) explicadas de manera sencilla y práctica. El mejor resumen que he visto para NO físicos….
October 11th, 2007 at 10:58
[...] El juego de la termodinámica lorem [...]
October 11th, 2007 at 11:15
Pues me ha parecido MUY interesante, gracias por el esfuerzo de la explicación informal.
Un saludo.
October 11th, 2007 at 12:19
Facil y sencillo si todo lo explicaran igual seriamos menos ignorantes
October 11th, 2007 at 12:38
En efecto, la enunciación más común de la Segunda Ley nos dice que la entropía de un sistema (cerrado y que no esté en equilibrio), tiende a incrementarse con el tiempo, hasta alcanzar el equilibrio.
En realidad esto ocurriría en un sistema aislado, ya que uno cerrado no puede intercambiar materia pero sí energía, y al meter energía al sistema cerrado podríamos disminuir la entropía.
A pesar de todo es una forma original de contarlo. Saludos.
October 11th, 2007 at 13:28
[...] El juego de la termodinámica Guardado en: Geek, Tech, curioso — pablotrin @ 12:28 pm Leo en HAL9000 un interesante post sobre las leyes de la termodinámica explicadas para que el resto de los mortales las podamos entender. [...]
October 11th, 2007 at 14:44
Increible post…
de lo mejorcito que he leido sobre ciencia en mucho tiempo…
October 11th, 2007 at 14:55
[...] Hal9000 nos propone el juego de la termodinámica, que tiene las siguientes reglas: No puedes ganar. [...]
October 11th, 2007 at 15:07
Me ha parecido una exposición muy clara. Especialmente curioso la ‘moraleja’ final. Al final el universo queda hecho unos zorros, todo lleno de ‘energía inservible’, siempre que -dices- dure lo suficiente. ¿A qué te refieres? ¿Puede desaparecer el universo antes de esa ‘muerte térmica’?
Excelente blog este.
October 11th, 2007 at 15:53
Excelente explicación, y te lo dice alguien que viene de letras puras.
Isaac Asimov debe estar revolviéndose en su tumba, pero de gusto. En la guía de la ciencia se lamentaba de que no hubiera más y mejores trabajos de divulgación científica, que la “gente de a pié” sintiera la ciencia tan lejana.
Hablando del rey de los robots, si no lo has leido ya creo que te gustará su relato “La última pregunta” http://www.zonalibre.org/blog/ePony/archives/048912.html. Siempre me gustó, pero tras tu explicación, sobre todo en lo referente a la entropía y la muerte (térmica) del universo, lo entiendo (y me gusta) más.
Salu2
October 11th, 2007 at 15:55
¿Y la gravedad donde la dejas?
No hay muerte termodinámica, en realidad hay un ciclo de ‘vida’ con retorno siempre a otro ‘big bang’
October 11th, 2007 at 16:02
Felicitaciones por el artículo. No todos los días me encuentro con algo tan bien explicado, en tan pocas palabras.
Me hizo acordar al cuento “La última pregunta” de Isaac Asimov, el cual habla justamente sobre la entropía y la “muerte térmica” del universo. Es cortito, pero muy ameno, y se lo recomiendo a todos los que hayan leído este artículo. El que quiera leer el cuento puede encontrarlo fácilmente haciendo esta búsqueda en Google (incluyendo las comillas dobles)…
“Isaac Asimov”+”La última pregunta”
October 11th, 2007 at 16:13
Una muy buena explicación, tengo que decir… y te lo digo como ingeniero
October 11th, 2007 at 17:28
Muy interesante la explicacion para dummies
October 11th, 2007 at 18:49
Que excelente texto!
Estupendo y muy a pie de calle, como deberian ser las cosas.
Mejor jugar al juego que nos propone Jigsaw que jugar al de la Termodinámica, al fin y al cabo Jigsaw te da laopción de salvarte (aunque las pases canutas).
Pronto si, muy pronto. 26.Octubre.2007
codigo:1026
October 11th, 2007 at 22:37
No puedes ganar.
No puedes empatar.
No puedes abandonar.
¡Pero puedes hacer como que ganas, mediante una especie de sistema piramidal en el que todas las pérdidas llegan al final! ¡Consume energía de otras fuentes, toda la que quieras, y acumula entropía!… y básicamente este es el proceso que ha dado lugar a cosas como, por ejemplo, la evolución (que aparentemente contradice las leyes de la termodinámica, y esto es un argumento creacionista muy común), en la que sistemas simples se han aprovechado de la energía del sol hasta llegar a sistemas complejos.
October 12th, 2007 at 1:08
Si metemos a Dios en el tema , la cosa se complica
October 12th, 2007 at 7:54
[...] Recomiendo la lectura de este artículo que explica, a nivel “no científico”, las leyes de la termodinámica… [...]
October 12th, 2007 at 23:22
El afirmar que el universo se hará uniforme térmicamente ´creo que obvian otras leyes físicas ineludibles, como la gravedad, la fisión etc. Es decir, mientras haya hidrogeno que quemar seguirán naciendo estrellas y todo seguirá igual. Un enfriamiento masivo del universo debería implicar un incremento de la materia, ya que la materia no es mas que una forma de energia, y siguiendo el hilo de la termodinamica la energia se transformaria en materia ya que no se destruye. A mas materia mas gravedad, friccion, calor, etc. No o me he fumado algo chungo?
October 13th, 2007 at 1:37
“las leyes de «más categoría» de toda la física, y por ende, de toda la ciencia”
te recuerdo que existen las matemáticas… que tienen mucha más categoria que la física
October 13th, 2007 at 3:38
Exacto, pero alerta a los creacionistas, hablamos de energia, no de complejidad de sistemas…
Como dice Ñbrevu:
“¡Consume energía de otras fuentes, toda la que quieras, y acumula entropía!”
Por tanto robando enegia y haciendo la muerte termica mas cercana
rick, la gravedad podria jugar el bonito papel que tu sugieres, yo me inclino por ser realista: hace poco se calculo que el universo era plano, cosa que implicaria que la velocidad de expansion se iria reduciendo para siempre, llegando a pararse solo en t=infinito… a medida que se redujese la energia util global.
Es un bonito destino al fin y al cabo
October 13th, 2007 at 3:39
ruben, la gravedad podria jugar el bonito papel que tu sugieres, yo me inclino por ser realista: hace poco se calculo que el universo era plano, cosa que implicaria que la velocidad de expansion se iria reduciendo para siempre, llegando a pararse solo en t=infinito… a medida que se redujese la energia util global.
Es un bonito destino al fin y al cabo
October 14th, 2007 at 20:58
[...] En esta interesante entrada sobre las leyes de la termodinámica, el autor menciona uno de los finales teorizados para el universo: la muerte térmica. ¿Y en que consiste eso de la muerte térmica? Pues será el momento en el que la entropía del universo alcance su máximo posible, lo que es equivalente a decir que todas las partículas tendrán la misma energía. Esto lo predice la Segunda Ley de la Termodinámica, que dice que en un sistema cerrado (el universo en nuestro caso) el aumento de entropía crece hasta alcanzar un equilibrio. Esto es equivalente a decir que la energía tiende a repartirse hasta que no existan diferencias ni potencialidades, con lo que no es posible el movimiento. Se teoriza que en este momento en el universo sólo existirán fotones y leptones, que tendrán un mínimo de energía. [...]
October 15th, 2007 at 15:49
Vaya, no esperaba tanto entusiasmo
Intentaré responder a todos.
He leído “La Última Pregunta”, de Asimov, y es uno de mis relatos cortos favoritos (no sólo de Asimov, sino en general). Imprescindible.
Sobre la Segunda Ley, tengo entendido que a escala subatómica, se han observado procesos que disminuyen la entropía (de forma espontánea), y por eso se dice sólo que la entropía “tiende” a incrementarse. Pero los procesos en los que la entropía aumenta son superiores, por lo que a escala macroscópica, el total de entropía se incrementa siempre.
Sobre la muerte térmica del universo: como veréis, he puesto que ocurriría “si el universo durase lo suficiente”. Eso es porque, como han comentado, puede terminar antes. El universo se expansiona, pero la gravedad está frenando esa expansión. Si la gravedad es suficientemente fuerte, la expansión terminaría por detenerse, y comenzaría una contracción de nuestro universo, hasta que todo él se colapsaría por su propia masa, terminando en un “Big Crunch”.
Se cree que tal vez, tras dicho Big Crunch se produzca un nuevo Big Bang (con lo que tendríamos una especie de “rebote”). Pero fijáos que si las leyes de la termodinámica siguen cumpliéndose, el nuevo universo creado, tendría necesariamente más entropía que el original, es decir, menos energía aprovechable. Es como si lo creáramos con las baterías “a media carga”.
Pero de momento no son más que hipótesis. Para determinar qué fin espera al universo, habría que conocer su densidad. Creo que ya ha habido mediciones bastante exitosas en ese sentido, que apoyan determinadas hipótesis (me suena que hace unos años, se apoyaba más el “Big Crunch”, pero puede que hayan cambiado las tornas).
En cualquier caso, si la expansión no se detiene, la muerte térmica es segura (bueno, está el Big Rip, pero no tengo muy claro la diferencia con la muerte térmica).
Dice Rubén “mientras haya hidrogeno que quemar seguirán naciendo estrellas”. Cierto, pero hay que hacer énfasis en el “mientras haya hidrogeno”. La muerte de las estrellas se produce precisamente porque agotan su hidrógeno (bueno, no del todo, en algunos casos, algo queda). Puesto que la reacción nuclear que transforma hidrógeno en helio desprende energía, es fácil deducir que para volver a obtener hidrógeno a partir de elementos más pesados, habría que aplicar energía. Así que tarde o temprano, el hidrógeno del universo se agotará.
October 15th, 2007 at 16:02
Se me olvidaba. Sobre las matemáticas: aquí podríamos filosofar un rato. Las matemáticas, aunque se consideran la madre de las ciencias, son deductivas, y no experimentales. El resto de ciencias, son inductivas y experimentales. Por eso, también hay quien piensa que las matemáticas, más que una ciencia, es una herramienta (o lenguaje) para modelar y comprender el resto de ciencias.
Debates a parte, supongo que lo correcto habría sido decir
Se considera que las Leyes de la Termodinámica son las leyes de «más categoría» de toda la física, y por ende, de toda la ciencia experimental.
October 15th, 2007 at 16:03
Corrijo: “debates aparte”
October 17th, 2007 at 18:28
Excelente post. Creo que entiendo un poco mas esto de la termodinámica.
Hay una cosa que me he echo pensar. Si la energía aprovechable tiende a disminuir y ocurriese lo del Big Crunch, con otro Big Bang, y con otro Universo pero con menos energía aprovechable, ¿eso quiere decir que existió un principio real, des del cual anteriormente no ocurría absolutamente nada?
Quiero decir que si seguimos esa teoría, ese principio debió de existir, porque si el Universo fuese cíclico, el nivel de entropia también lo deberia ser.
Estoy mezclando velocidad con tocino?
October 18th, 2007 at 5:45
jojo, esto de las leyes de la termodinamica me recuerda a un episodio bastanet bueno de los simpson de los simpson lo busque en youtube y sorpresa ahi estaba!!!
http://www.youtube.com/watch?v=xaPRIr0bGpA
October 19th, 2007 at 10:13
Repaso divertido de las Leyes de la Termodinámica…
Desde el blog HAL9000, nos enseñan una manera divertida de recordar las Leyes de la Termodinámica. Profesores de física, tomad nota.
“Se considera que las Leyes de la Termodinámica son las leyes de «más categoría» de toda la física, y…
October 26th, 2007 at 19:56
IMPRESIONANTE.
Enhorabuena Alfonso. Sencillamente genial!!
Muchas gracias!!!
November 6th, 2007 at 15:50
He estudiado mucho al respecto y de todo lo que he keido es la màs clara explicación.
November 24th, 2007 at 1:18
[...] En mi último artículo, comenté que las leyes de la termodinámica no son tan conocidas por el ciudadano de a pie, como la gravedad. Y aunque la gravedad sea una de las fuerzas más conocidas por todos, y en el colegio nos enseñaran la famosa ecuación de la Ley de Gravitación Universal, a veces hay conceptos generalizados, que son totalmente erróneos. [...]
January 19th, 2008 at 13:25
para considerar el destino del universo, asumiendo las posibilidades de expancion (o contraccion) en su ¨final¨, es necesario ir a la mecanica estadistica (la version con bases microscopicas de la termodinamica), la termodinamica a secas no alcanza para discutir el tema, basicamente pq la termodinamica clasica asume ¨sin querer¨ (desde el punto de vista de la mecanica estadistica) la hipotesis de caos molecular.
saludos
rayohauno
April 2nd, 2008 at 23:54
Muy buena explicacion, sencilla para los que andan a pie por las calles de la ciudad….
April 4th, 2008 at 15:40
muy bien explicado, se agradece eternamente,tengo una disertación y hasta ahora no entendia las teorias de la termodinamica ^^
October 23rd, 2008 at 12:08
Es bastante clara la explicación, lo que me parece que ha faltado añadir es que la entropía es una medida del desorden de un sistema y que todos los sistemas por lo tanto tienden a desorganizarse por esta segunda ley. Por ejemplo nuestro organismo como sistema de sistemas tiende a envejecer y morir.
March 19th, 2009 at 8:48
Tiranía termodinámica…
«Si nos quedamos con las tres leyes clásicas de la termodinámica, tenemos un juego en el que nunca querríamos participar, si tuviéramos la posibilidad de elegir: No puedes ganar. No puedes empatar. No puedes abandonar el juego. Así que sólo……
August 9th, 2009 at 21:47
[...] centremos en un individuo menos podemos observar y comprender el movimiento del colectivo. No sólo alteramos su posición “marketiniana” en nuestra interacción con el individuo, perdemos la perspectiva del [...]
October 3rd, 2009 at 3:42
Muy bueno el blog y la explicacion…pero me llamo la atencion algo,
el texto dice en una parte:
“por lo que todos los objetos del universo, tienen algo de calor,”
por lo que tengo entendido un cuerpo no tiene calor….el calor es transferencia de energia, creo que es un error decir que un cuerpo tiene calor.
Saludos, muy bueno el blog.