Termodinamica

PorPeter A. Lindeman

La mayor parte de la comunidad científica desecha la idea de máquinas de"energía libre" o "sobreunitarias" debido a que dicen que el comportamiento de tales máquinas viola la "Segunda Ley de la Termodinámica". El propósito de este artículo es encarar de frente este asunto desde un punto de vista científico alternativo. Muchos ingenieros e inventores, trabajando en el campo de la energía alternativa, todavía erróneamente creen que las "Leyes de la Termodinámica" son universalmente ciertas.

Para ellos, una máquina de "energía libre" puede solo ser un astuto desliz científico en el que la máquina se convierte en "forajida",rompiendo algunas de las leyes fundamentales del universo. Para que haya progreso en este campo, las limitaciones y errores inherentes a las "Leyesde la Termodinámica" deben ser expuestas.

Unicamente entonces la gente sedará cuenta que la experimentación científica es la única herramienta confiablepara revelar el comportamiento de la realidad física.

Con el objeto de traer esto a colación, será de ayuda revisar rápidamente algunos de los eventos pivotes históricos los cuales ayudaron a moldear la era científica moderna con respecto a la termodinámica. Antes del año 1800, las máquinas de movimiento perpetuo eran consideradas posibles y el calor no era considerado como una forma de energía. Ambas de estas largamente sostenidas suposiciones, nacidas hace miles de años, fueron efectivamente echas a un lado por las ideas de Hermann von Helmholtz en 1847 cuando postuló que dado que nadie había sido capaz de construir una máquina funcional de movimiento perpetuo, entonces y probablemente, no era posible.

De modo de poder negar la posibilidad de movimiento perpetuo al tiempo que se mantenía el argumento, tuvo que asumir que la energía en el sistema estaba siendo conservada.

Ya hacía mucho tiempo que se había observado que los dispositivos mecánicos no podían transferir la energía mecánica de manera perfecta. Siempre había algo de fricción en las partes que funcionaban. La fricción no solo era conocida por impedir la transferencia de energía en una máquina, sino también era sabido que producía calor. Para poder simultáneamente explicar la pérdida de trabajo y la ganancia de calor, de modo que la conservación pudiera permanecer satisfecha,Helmholtz postuló que el calor era una forma de energía que consistía en un pequeño, y aleatorio movimiento en las partículas de materia. No conforme con eso, se atrevió a especular que la pérdida de trabajo en una máquina como movimiento a gran escala, permanecía todavía presente en forma de calor a una escala pequeña en las moléculas del material del que estaba hecha la máquina.De aquí sugirió que ambos calor y trabajo deberían ser considerados como energía, y que era el total de la misma lo que se conservaba, en lugar de conservarse como calor o trabajo separadamente.

Para1850, Rudolf Clausius fue capaz de sintetizar el trabajo de Helmholtz, James Joule, Sadi Carnot y otros para expresar en forma generalizada lo que seconoció como la "Primera Ley de la Termodinámica". Rudolf expresó que"la energía puede cambiar de una forma a otra, pero no se destruye ni secrea". Para cuando esta idea fue universalmente creída, ya había transformado totalmente el escenario intelectual de la mecánica, la física y la dinámica de la energía. Esto fue un limpio rompimiento del conjunto depensamientos y suposiciones que habían venido desde la antigüedad. Una nueva era en la ciencia había comenzado.

Al entender estos desarrollos históricos, es importante darse cuenta que aparte de las nuevas explicaciones teóricas acerca de la naturaleza del calor, todos los otros datos que condujeron a las nuevas generalizaciones teóricas se derivaron experimentalmente. Esto puede ilustrarse por una observación hecha por Sadi Carnot en su extenso trabajo acerca del comportamiento del calor en las máquinas.

Sadi aseguró que "en todos los casos en los cuales se produce trabajo por medio de calor, una cantidad de calor se consume, y la cual es proporcional al trabajo realizado; y por el contrario, al gastar una cantidad igual de trabajo, una cantidad igual de calor se produce." Esta frase de Carnot se basó en cientos de mediciones experimentales. Después de tan convincente experimentación, fue razonable para Clausius concluir que el calor podía ser convertido en trabajo mecánico. Era, sin embargo, un salto teórico de lógica concluir que la energía, en general, podía ser cambiada de una forma a otra.

Antes de continuar, es importante, para nuestro propósito, recordar que esta nueva idea expresada como la "Primera Ley de la Termodinámica" consiste enun buen número de ideas que se sobreponen unas a otras y que pueden ser expresadas como sigue:

1-Las máquinasde movimiento perpetuo son imposibles.

2-La naturalezadel calor se reduce a un movimiento molecular aleatorio de la materia.

3-La energía puede cambiarse de una forma a otra sin ninguna explicación de cómo esta conversión realmente se llevó a cabo en un caso específico.

4-La energía nose crea ni se destruye al pasar por un mecanismo.

5-Todas las formas de energía se comportan de la misma forma.

Todas estas ideas son inherentes a la "Primera Ley de la Termodinámica".Desde un punto de vista científico alternativo, el trabajo experimental deCarnot y Joule permanecerán durante todo el tiempo. Es en realidad la superimposición intelectual de Helmholtz y Clausius, sobre este trabajo experimental, donde se introducen los problemas. La teoría de la conversión y las ideas acerca de la naturaleza del calor serán consideradas nuevamente a la postre en este artículo, después de que se aclaren unos fundamentos adicionales.

La"Segunda Ley de la Termodinámica" evolucionó de estudios posteriores acerca del comportamiento del calor en sistemas cerrados. Sorprendentemente, no existe ni una sola expresión que sea universalmente reconocida como la expresión definitiva de esta llamada "Ley". Entre las expresiones más populares que reflejan el entendimiento de lo que es la "Segunda Ley de la Termodinámica" están las siguientes: "En un sistema cerrado, la entropía no decrece"; "El estado de orden en un sistema cerrado no se incrementa espontáneamente sin la aplicación de trabajo"; "De entre todos los estados permitidos de un sistema con valores dados de energía, número de partículas y limitaciones, uno y solo uno es el estado de equilibrio";y "Es imposible construir un aparato que opere en un ciclo y no produzca ellos que puedan descifrar

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