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1. Calor, trabajo y la Segunda Ley (versión exprés)
Antes del banquete termodinámico, un entremés:
- Trabajo \(W\) es energía transferida cuando fuerza y desplazamiento colaboran.
- Calor \(Q\) es energía que fluye debido a una diferencia de temperatura.
- Segunda Ley: no existe proceso cíclico que convierta todo el calor absorbido en trabajo. Siempre hay “desperdicio” que termina como calor expulsado.
Dato curioso 🚗: El motor de tu coche promedio convierte solo ~30 % de la energía química del combustible en movimiento útil. El resto es calor perdido… ¡como los tambores de una banda de cumbia calentando la pista!
2. El ciclo ideal paso a paso
Imagina un gas ideal confinado en un cilindro con émbolo. El ciclo completo tiene cuatro etapas reversibles:
| Etapa | Tipo de proceso | Qué sucede | Fórmulas clave |
|---|---|---|---|
| A → B | Isotérmico a \(T_\text{caliente}\) | El gas se expande y absorbe calor \(Q_\text{caliente}\). | \(Q_\text{caliente} = T_\text{caliente}\,\Delta S\) |
| B → C | Adiabático | El gas sigue expandiéndose; su temperatura baja a \(T_\text{fría}\). | \(T\,V^{\gamma-1} = \text{cte.}\) |
| C → D | Isotérmico a \(T_\text{fría}\) | El gas se comprime; libera calor \(Q_\text{fría}\). | \(Q_\text{fría} = T_\text{fría}\,\Delta S\) |
| D → A | Adiabático | Se comprime sin intercambio de calor; sube de nuevo a \(T_\text{caliente}\). | \(T\,V^{\gamma-1} = \text{cte.}\) |
Aquí la variación de entropía \(\Delta S\) es la misma en ambas etapas isotérmicas porque el ciclo es reversible.