La segunda ley de la termodinámica es uno de los pilares de la física, ya que explica por qué los procesos naturales se desarrollan en una dirección y no en la contraria. Desde el funcionamiento de los electrodomésticos hasta la evolución de las estrellas, esta ley establece límites fundamentales en la transformación de la energía. Su concepto central es la entropía, una magnitud que mide el desorden de un sistema, y que tiende a aumentar con el tiempo en sistemas cerrados.
En términos prácticos, la segunda ley indica que los procesos naturales evolucionan hacia estados de mayor desorden, y que la energía útil disponible disminuye progresivamente.
Existen distintos enunciados de esta ley, como el de Clausius, que prohíbe el flujo espontáneo de calor de un cuerpo frío a uno caliente, o el de Kelvin-Planck, que afirma que no se puede convertir todo el calor en trabajo sin pérdidas. Ambos destacan la irreversibilidad de los procesos: por ejemplo, una taza de café fría no se calienta sola, ni el calor fluye del congelador a la cocina sin intervención externa.
A continuación te mostramos 8 ejemplos cotidianos del segundo principio de la termodinámica.
1. El cubito de hielo derritiéndose
Cuando colocamos un cubito de hielo sobre una mesa a temperatura ambiente, éste se derrite. El calor fluye del ambiente (más caliente) hacia el hielo (más frío) hasta que alcanzan el equilibrio térmico.
Este proceso aumenta la entropía del sistema: el hielo pasa de un estado ordenado (sólido) a uno más desordenado (líquido). Nunca ocurre espontáneamente que el agua líquida se congele formando un cubo perfectamente definido a temperatura ambiente, porque eso implicaría una disminución de entropía.
2. Máquinas térmicas
Las máquinas térmicas, como los motores de combustión interna, convierten energía térmica en trabajo. Según la segunda ley, ninguna máquina térmica puede tener una eficiencia del 100%: parte del calor siempre se pierde, generalmente en forma de calor residual.
Por ejemplo, un motor de coche convierte la energía química del combustible en trabajo mecánico.
Sin embargo, una buena parte de esa energía se pierde como calor en el escape, el radiador o el propio bloque del motor. Esto es inevitable, y está perfectamente explicado por la segunda ley.
3. Refrigeradores y aire acondicionado
Un refrigerador transporta calor desde su interior (más frío) hacia el exterior (más caliente), lo que a primera vista parece contradecir la segunda ley. Sin embargo, esto no ocurre espontáneamente: requiere trabajo, es decir, energía externa (electricidad) para hacer funcionar un compresor que permita ese proceso.
Así, el refrigerador no viola la segunda ley porque hay un consumo de energía para forzar un proceso que naturalmente no ocurriría.
4. Difusión de gases
Imagina que se rompe un frasco de perfume en una habitación. Al principio, las moléculas del perfume están concentradas en un solo punto, pero rápidamente se dispersan por todo el ambiente.
Este proceso es espontáneo, y aumenta la entropía del sistema: el gas va de una situación ordenada (alta concentración) a una más desordenada (uniformemente distribuido).
En la realidad, nunca sucede que el perfume vuelva espontáneamente a concentrarse en el frasco roto, porque eso implicaría una reducción en la entropía.
5. Evolución de las estrellas
Incluso a nivel cósmico, la segunda ley se cumple. Las estrellas como el Sol emiten radiación térmica como resultado de procesos nucleares. Con el tiempo, agotan su combustible, y al final de su vida colapsan y se enfrían.
Todo este proceso implica una tendencia hacia un estado más desordenado y de menor energía disponible. El universo mismo, al expandirse y enfriarse, avanza hacia un estado de mayor entropía, en lo que se conoce como la “muerte térmica del universo”.
6. Cocinar un huevo
Cuando hervimos un huevo, las proteínas dentro de la clara y la yema cambian su estructura y se coagulan. Este proceso es irreversible desde un punto de vista termodinámico. No se puede devolver espontáneamente un huevo duro a su estado crudo.
El aumento de entropía está relacionado con el cambio estructural de las moléculas que componen el huevo.
7. La mezcla de líquidos
Si vertemos leche en una taza de café caliente, rápidamente se mezclan. Este proceso es natural y espontáneo, porque implica un aumento de entropía. La mezcla final tiene mayor desorden que los dos líquidos separados.
No se puede revertir espontáneamente para separar la leche del café sin aplicar trabajo externo.
8. Pilas y baterías
Las baterías contienen energía química almacenada. Cuando se usan, esa energía se convierte en eléctrica y luego en calor o movimiento. Al descargarse, el sistema (la batería) pierde su orden inicial y aumenta su entropía.
Volver a cargar una batería implica aplicar trabajo para “reordenar” el sistema químicamente, disminuyendo su entropía interna, pero a costa de aumentar la entropía del entorno (porque el proceso de recarga genera calor).