Sabemos que la Termodinámica es la rama de la Física que trata del estudio de las propiedades materiales de los sistemas macroscópicos y de la interconversión de las distintas formas de energía. Los sistemas que son objeto del estudio de la Termodinámica se denominan Sistemas Termodinámicos.
El desarrollo de la Termodinámica se basa en algunos hechos o principios experimentales, como son el llamado Principio Cero, que establece la transitividad del equilibrio térmico entre los Sistemas Termodinámicos, el Primer Principio, que es, simplemente, el Principio de Conservación de la Energía, así como la equivalencia entre el trabajo mecánico y el calor, el Segundo Principio, que establece la imposibilidad de que tengan lugar ciertos procesos termodinámicos, o, dicho de otro modo, la irreversibilidad de ciertos procesos, y, finalmente, el que se da en llamar Tercer Principio de la Termodinámica, o imposibilidad física de alcanzar la temperatura de 0K (cero absoluto).
Una máquina térmica que crea su propia energía contradiciendo al Primer Principio de la Termodinámica, es lo que se denomina un móvil perpetuo de primera especie. Y una máquina térmica o frigorífica que funciona en contradicción con el Segundo Principio de la Termodinámica, es lo que se llamaría un móvil perpetuo de segunda especie.
En la descripción que hacemos intentaremos mostrar dos enunciados clásicos del Segundo Principio de la Termodinámica, denominados Enunciado de Clausius, también conocido por Enunciado de Clausius-Clapeyron, y Enunciado de Kelvin-Planck, así como la equivalencia lógica de ambos enunciados.
El Segundo Principio de la Termodinámica se puede enunciar de la siguiente manera:
Todo proceso de la naturaleza por el cual se transforma calor procedente de un foco
caliente en trabajo mecánico requiere la cesión de una parte del calor absorbido a un foco
frío
Esto quiere decir que toda máquina térmica o sistema generador de trabajo por absorción de calor desde un foco caliente, ha de funcionar cíclicamente entre dos focos: el foco caliente desde donde toma el calor y el foco frío al que cede una parte de calor que no pudo convertir en trabajo.
Este enunciado niega, pues, la posibilidad de que una máquina térmica funcione cíclicamente convirtiendo absolutamente todo el calor que absorbe desde el foco caliente en trabajo mecánico. Siempre habrá una parte del calor absorbido al cual la máquina no podrá convertir en trabajo mecánico y ha de devolverlo, en definitiva, a un foco frío.
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Se puede enunciar el Segundo Principio de la Termodinámica así:
Es imposible que una máquina frigorífica extraiga calor de un foco caliente y lo ceda todo
a un foco frío, sin recibir trabajo desde el exterior.
Nos dice, en definitiva, este enunciado, que para trasladar calor desde un foco frío a un foco caliente es necesario que la máquina reciba un trabajo mecánico desde el exterior.
Niega este enunciado la posibilidad de que un dispositivo frigorífico funcione mediante un ciclo con el exclusivo resultado de absorber calor desde un foco frío y cederlo a un foco caliente. Para poder realizar este transvase de calor es necesario un trabajo exterior adicional.
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Probaremos que si no se verifica el Enunciado de Clausius, entonces concluímos que no
se verifica tampoco el Enunciado de Kelvin-Planck, y, recíprocamente, si no se verifica el
Enunciado de Kelvin-Planck, tampoco se verificaría el Enunciado de Clausius.
- Si no se verifica el Enunciado de Clausius, tampoco se verifica el de Kelvin-Planck:
En definitiva, de la figura observamos que si acoplamos entre los dos mismos focos una maquina frigorífica
y una máquina térmica, y en la hipótesis de que la máquina frigorífica no verifique el Segundo
Principio (Clausius), el balance del sistema acoplado es que se produce trabajo W absorbiendo
calor Q1- Q2 de un foco caliente sin ceder calor a un foco frío, no verificándose, por consiguiente, el
Segundo Principio de la Termodinámica en la forma del Enunciado de Kelvin-Planck para el sistema
completo, el cual produce trabajo convirtiendo todo el calor que absorbe del foco caliente.
- Si no se verifica el Enunciado de kelvin-Planck tampoco se verificará el Enunciado de Clausius:
También aquí de la figura observamos que si acoplamos entre los dos mismos focos una maquina frigorífica y
una máquina térmica, y en la hipótesis de que la máquina térmica no verifique el Segundo
Principio (en el sentido del Enunciado de Kelvin-Planck), el balance del sistema acoplado es que se traslada
calor absorbiéndolo desde un foco frío y cediéndolo a un foco caliente, sin que el sistema global acoplado
reciba trabajo alguno desde el exterior, lo que, evidentemente, contradice el enunciado de Clausius.
Encontramos, en definitiva, que la negación de que ciertos procesos puedan realizarse en la naturaleza
puede ser establecida mediante el Enunciado de Kelvin-Planck, o bien, mediante el enunciado de Clausius.
Cualquiera de ambos enunciados niega, en definitiva, la posibilidad de que exista un móvil perpetuo de
segunda especie.
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