Energía: Leyes termodinámicas

La energía, un concepto muy sencillo para cualquiera, si le preguntamos a cualquier persona nos responderá sin vacilación que es la energía, pero cuando indagamos en este concepto nos damos cuenta de que no es sencillo de definir. Si bien es cierto sabemos que la energía es la capacidad que tiene un cuerpo de realizar un trabajo mecánico, la fuente que tiene para cambiar su estado de inercia, eso y otras consideraciones que podemos hacer sobre el tema, como por ejemplo que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma, ante todas estas consideraciones nos damos cuenta que la energía no están sencilla de explicar.

Desde antes de que se creara el universo ya la energía existía, de hecho el universo es el resultado de una liberación exponencial de energía, (Big Bang ), antes del universo la energía era lo único que existía , materia y antimateria, es una fuente inagotable que está en constante transformación en innumerables formas y está en todas parte, no podemos imaginarnos nada en el universo que no contenga energía, ya que todos estamos formados con ella, hasta la más simple piedra, inerte carente de pensamiento, movimiento, tiene energía , su estructura atómica está en constante movimiento, sus partículas elementales todo se mueve producto de la energía .

Ante este enunciado el hombre desde que existe a buscado la forma de poseer la mayor cantidad de energía posible para usarla a su favor en pro de la ciencia, en búsqueda de la mayor eficiencia. En base a esa búsqueda se desarrolló una rama de la física enfocada en la energía como lo es la termodinámica.

 

Para conocer un poco más sobre el concepto diremos que la Termodinámica es la rama tanto de la física como de la química que estudia la transformación de la energía en todas sus escalas y como actúa la materia con los cambios de energía que se presentan, y establecer las diferencias entre” calidad de energía” y  “cantidad de energía “.

Muchos se preguntaran ¿Cuál será la diferencia entre calidad y cantidad de energía? Para contestar esta interrogante debemos conocer  “Las Leyes de la Termodinámica”. Comenzaremos explicando sobre la primera ley de la termodinámica.

La 1º Ley de la termodinámica mejor conocida como ” Principio de conservación  y transformación de energía “, el cual plantea como ocurre la transformación de la energía de un cuerpo a otro o el cambio de la energía a otro forma de energía, un ejemplo básico de esta transformación es del trabajo mecánico al calor, dos formas en que se presenta la energía , cuando se genera un trabajo mecánico esta energía se trasforma en calor, dándose un equilibrio si se quiere decir perfecto de igualdad de cantidad de energía transformada, dando potentado el concepto de cantidad de energía asociado con la primera ley de la termodinámica que estipula sobre las cantidades de energía que se pueden transformar.

La 2º Ley de la termodinámica  conocida como  “La Ley de la Entropía “ esta ley explica el proceso de irreversibilidad de la 1º ley , que pensaríamos que al cambiarse el sentido de convergencia de “Calor a Trabajo mecánico” se obtendría la misma cantidad de energía, pero resulta que no es así, la naturaleza ha impuesto sus reglas, que cuando queremos hacer el proceso al revés sencillamente no podemos hacerlo con la misma igualdad de energía que en el primer caso, y se preguntaran ¿Por qué ocurre este fenómeno? Esta explicación la da la 2º ley de la termodinámica, cuando se pasa de calor a trabajo mecánico ocurre lo llamamos una “degradación de la energía”  pero cuando hablamos de degradación de la energía no nos referimos a que se pierde la energía , se transforma en otros tipos de energía ,porque como definimos al principio la energía no desaparece ni se crea solo se transforma, esta degradación de energía es mejor conocida como “entropía “ que no es más que la medición del desorden molecular de la materia por efecto del calor manifestándose en otras formas de energía diferentes a la del trabajo mecánico, impidiendo que la transformación de calor a trabajo mecánico sea del 100%, estas otras formas de energía se conocen como energía interna, entalpia, etc. Por eso en esta ley ya no se habla de energía en términos de cantidad de energía transformada  sino de calidad de energía transformada, lo que conocemos como eficiencia energética.

Estas leyes tienen más de 400 años de vigencia, desde que Nicolas Carnot introdujo los principios de los ciclos ideales  conocidos también los ciclos de Carnot, el hombre a estado en una infinita búsqueda de una ley ( la 3º ley de la termodinámica ) que desafié y contrarreste la segunda ley, ya que la gran mayoría de la transformación de la energía que consumimos es producto de esta ley, aunque se ha avanzado mucho en la perfección de sistemas, no hemos podido conseguir la eficiencia del 100% de los sistemas , lo que  se considera el santo grial de la ciencia moderna,”  la eficiencia ideal “  si se lograse algún día llegar este objetivo, no solo creceremos como sociedad , sino que escalaremos en lo más alto del conocimiento físico de la materia siendo capaces de obtener ciclos  energéticos   de calidad perfecta, esto significara la nueva era de manipulación de la energía a tal punto que todos los procesos aparte de ser  más eficientes se requerida de un consumo mucho más bajo.

De esta manera la termodinámica seguirá trayendo aportes a la ciencia en general, estoy sumamente convencido que en este siglo se verá cómo se alcanza este tan anhelado logro de la eficiencia perfecta, cada día surgen nuevas e interesantes ideas de cómo desarrollar conversiones de energía cada vez más eficientes.