Comenzamos examinando una rueda con paletas en un recinto aislado lleno de algún fluido como se muestra en la figura (38).
Una pregunta que se podríamos hacer es Podemos comenzar
con el estado B y después permitir a los eventos llegar al estado A?
Por qué si o por qué no? La primera Ley no restringe
la direccionalidad del evento sólo se encargara de la conservación de
la energía.
Una de las propiedades del estado A es que la energía está organizada de una cierta forma, las moléculas en la rueda con paletas tienen cierto movimiento circular, y podríamos extraer un cierto trabajo usando la energía cinética de la rueda para levantar un peso. En el estado B, en cambio, la energía se asocia al movimiento desorganizado a escala molecular. La temperatura del fluido y la rueda son más altas que en el estado A, así que podríamos obtener trabajo al utilizar un ciclo de Carnot, pero sería mucho menor que el trabajo que podríamos extraer en el estado A. Hay una diferencia cualitativa entre estos estados, que necesitamos poder describir de manera más exacta.
Un punto complicado a tratar sería por qué la
disponibilidad para realizar trabajo es menor en B?
cómo sabemos que esta afirmación es cierta?
Otro ejemplo es un sistema integrado por muchos ladrillos, la mitad de dichos
ladrillos tienen una temperatura alta en comparación con la otra
mitad de ladrillos que tiene una temperatura baja
como se muestra en
la figura (4.1). Con los ladrillos separados térmicamente,
tenemos en principio la capacidad de obtener trabajo a través de un ciclo
operando entre las dos temperaturas. Supongamos que ponemos dos ladrillos
juntos. Usando la primera ley podemos escribir
Podemos restaurar el sistema al estado original sin contacto
con el exterior? La respuesta es NO.
Podemos restaurar el
sistema al estado original con el contacto con el exterior? La respuesta es
Si. Podríamos operar un refrigerador al tomar calor de un ladrillo y
ponerlo en el otro, pero tendríamos que realizar trabajo..
Podemos pensar en el proceso total que implica el sistema (los dos ladrillos en un arreglo aislado) y los alrededores (el resto del universo) como:
El sistema cambió
Los alrededores permanecen sin cambio.
El sistema compuesto, que es el sistema y los alrededores, cambió al poner
los ladrillos juntos. El proceso no es reversible, es decir, es un proceso
irreversible ya que no hay manera de deshacer el cambio y de no dejar ninguna
marca o rastro en los alrededores. Cuál es la medida de
cambio en los alrededores? 1.
Es la Energía? Esta se
conserva . 2.
Disponibilidad del trabajo? Esta decrece. La
medida y la caracterización de este tipo de cambio, de perder la capacidad
de hacer el trabajo, es el tema de la Segunda Ley de la Termodinámica