Formulación del segundo axioma de la termodinámica mediante motores báricos

M. A. Martínez Negrete

Departamento de Física, Facultad de Ciencias, UNAM, 04510 México, D.F.

Recibido el 22 de julio de 2001.
Aceptado el 9 de enero de 2002.

Resumen

En la enseñanza tradicional y en los textos de licenciatura de termodinámica el segundo axioma se formula generalmente en términos de motores y refrigeradores térmicos, según los enunciados de Kelvin-Planck y Clausius, respectivamente, dejando abierta (junto con la simetría que juegan el trabajo y el calor en el primer axioma) la posibilidad de postular enunciados semejantes para motores y "refrigeradores" asociados a otras variables intensivas. Se demuestra que, para el caso de la presión, es factible un enunciado del segundo axioma mediante el empleo de motores y "bombas de vacío" ("refrigeradores") a presión (báricos), y que algunas consecuencias importantes como la de que el trabajo máximo entre dos focos térmicos fijos solamente depende de la diferencia de temperatura absoluta entre ellos, tiene su correspondiente en que el trabajo máximo obtenible por un motor operando entre dos focos báricos fijos sólo depende de la diferencia de presiones entre ellos. Se espera que la exposición al estudiante de la extensión del segundo axioma en la dirección descrita le permita percatarse de dos hechos: primero, que su percepción de los fundamentos de la termodinámica es más profunda y, segundo, que dichos fundamentos no son inamovibles, de manera que puede ser responsable de su cambio. Es posible que de esta manera su aprendizaje de tal disciplina sea más significativo.

Palabras clave: termodinámica; segunda ley extendida; aprendizaje significativo.

Abstract

In the normal teaching of thermodynamics as well as in the traditional textbooks, the second axiom is postulated in terms of thermal refrigerators and motors according to the Clausius and Kelvin-Planck's formulations, leaving open the possibility for generalizing the statement of the second axiom by means of motors and "refrigerators" associated to other intensive variables than temperature. In particular it is possible to employ pressure motors and vacuum pumps in the formulation of a corresponding second axiom, such that the maximum work is dependent on the pressure differences between two fixed "pressure reservoires". It is hoped that the teaching of this generalization of the second axiom leads the student to the understanding of two facts: first, that his perception of the fundamentals of thermodynamics is more profound, and second, that these fundamentals are not unalterable so that he could be responsible for its change. It might then be so that his learning of thermodynamics is more meaningful.

Keywords: thermodynamics; second law extended; meaningful learning.

PACS: 01.40.Gm; 01.70.+w; 05.70.-a

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