Las leyes de la termodinámica describen la cantidad (total) y la cualidad (utilidad) de la energía. La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea ni se destruye por medios ordinarios (reacciones nucleares, en los que la materia se transforma en energía, son la excepción). Sin embargo, la energía puede cambiar de forma; por ejemplo de energía lumínica (la que entra por nuestros ojos) a energía eléctrica (en lo que es convertida la imagen que entra por nuestros ojos para ser enviada por medio del nervio óptico hasta el cerebro).
Si se tiene un
sistema cerrado, en el que ni la energía ni la materia pueden entrar ni salir,
y si es posible medir la energía en todas sus formas antes y después de un
suceso cualquiera, veríamos que la energía total, antes y después, no cambió.
Por tanto, la primera ley de la termodinámica se llama también ley de la
conservación de la energía. (audesirk)
Para ilustrar
otro ejemplo de esta ley podemos poner el ejemplo de los alimentos que
ingerimos a diario en donde encontramos energía almacenada en forma de carbohidratos y grasas pero luego de ser
desdoblado el alimento en sistema digestivo, estas biomoléculas son llevadas a
las células quienes las convierten en ATP otro tipo de energía que usa nuestro
cuerpo para realizar sus funciones básicas
La segunda ley
de termodinámica establece que cuando la energía se convierte de una forma a
otra, la cantidad de energía útil decrece. Dicho de otra manera, la segunda ley
establece que todas las reacciones o cambios físicos hacen que la energía se
convierta en formas cada vez menos útiles. Por ejemplo cuando un maratonista
usa esa energía que hay en el ATP para sus carreras se libera gran cantidad de
esa energía en forma de calor (energía calorífica). Esta energía no puede ser
aprovechada para correr más rápido sino que es liberada en el medio ambiente
Así, la
segunda ley de la termodinámica establece que ningún proceso de conversión de
energía, incluyendo los que ocurren en el cuerpo, es 100% eficiente al usar energía
para un fin determinado. La segunda ley de la termodinámica determina también
algo de la organización de la materia. La energía útil se guarda en materia muy
ordenada y cuando en un sistema cerrado, hay un aumento general en el desorden
y la aleatoriedad de la materia. Lo podemos constatar con las moléculas de
glucógeno almacenadas en los músculos de los maratonistas, que de ser cadenas
muy organizadas de moléculas de glucosa, se convierten en moléculas más simples
de agua y dióxido de carbono cuando las usan los músculos.
Esta tendencia
a la pérdida de complejidad, orden y energía útil (y el aumento consiguiente de
aleatoriedad, desorden y energía menos útil) se llama entropía. Para contrarrestar la entropía, la energía debe ingresar
en el sistema desde una fuente externa. Los seres vivos aprovechan la energía
solar para crear las condiciones de baja entropía para la vida. Al pensar en la
segunda ley de la termodinámica, uno se pregunta cómo es que existe la vida. Si
las reacciones químicas, incluso las del interior de las células vivas aumentan
la cantidad de energía inutilizable y si la materia tiende a la
aleatoriedad y el desorden, ¿cómo pueden
los organismos acumular la energía útil y las moléculas ordenadas que son
característica de la vida?
La respuesta
es que las reacciones nucleares del Sol generan energía cinética en forma de
luz, lo que produce enormes aumentos de la entropía dentro del sol en forma de
calor. De hecho se calcula que la temperatura en el centro del Sol es de unos
16 millones de °C. Los seres vivos usas
un flujo continuo de energía solar para sintetizar moléculas complejas y
mantener estructuras ordenadas, para “luchar contra el desorden”. Los sistemas
organizados y de baja entropía de la vida no violan la segunda ley de la
termodinámica porque son producto de un flujo contante de energía solar
luminosa. (audesirk).
Primera ley:
la energía puede convertirse de una forma a otra, pero no puede crearse ni
destruirse. La energía puede almacenarse en varias formas y luego transformarse
en otras.
Cuando los
organismos oxidan carbohidratos, convierten la energía almacenada en los
enlaces químicos en otras formas de energía. En el caso de las reacciones
químicas, esto significa que la suma de la energía de los productos de la
reacción y la de la energía liberada en la reacción misma es igual a la energía
inicial de las sustancias que reaccionan.
Segunda ley:
en el curso de las conversiones energéticas, el potencial termodinámico -o
energía potencial termodinámica- de un sistema en el estado final siempre será
menor que el potencial termodinámico del mismo sistema en el estado inicial. La
diferencia entre los potenciales termodinámicos de los estados inicial y final
se conoce como cambio en la energía libre (o de Gibss) del sistema y se
simboliza como ΔG.
La entropía de
un sistema es una medida del "grado de desorden" o "grado de
aleatoriedad" de ese sistema.
Otra manera de
enunciar la segunda ley de la termodinámica es que todos los procesos naturales
tienden a ocurrir en una dirección tal que la entropía del Universo se
incrementa. Para mantener la organización de la cual depende la vida, los
sistemas vivos deben tener un suministro constante de energía que les permita
superar la tendencia hacia el desorden creciente. El Sol es la fuente original
de esta energía.
