Las relaciones entre los componentes de un sistema consisten en flujos o intercambios de materia, energía o información, por lo que los sistemas han de cumplir las leyes de la termodinámica.
¿Existen las máquinas de movimiento perpetuo?
Primera ley de la termodinámica: conservación de la energía.
Ya sabemos que “la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma”. Por ello, en todo sistema que modelemos, la energía que entre será equivalente a la energía almacenada en el sistema, menos la energía que salga de él. Como en cualquier conversión energética, cierta cantidad de energía se libera en forma de calor y, aunque no desaparece, se pierde a efectos prácticos pues no sirve para realizar un trabajo útil. Esto nos conduce al segundo principio de la termodinámica.
Segunda ley de la termodinámica: la entropía.
Se llama entropía a una medida de la incapacidad de realizar un trabajo. La segunda ley establece que, en cada transferencia, la energía se transforma y suele pasar de una forma más concentrada y organizada a otra más dispersa y menos organizada y que consecuentemente la entropía aumentará.
Por ejemplo, un río en el curso alto posee una baja entropía, y una elevada energía potencial debido a su altura respecto al mar, por lo que podrá desempeñar un trabajo: erosión y transporte. A medida que el río desciende hacia el mar, disminuye su altitud respecto al nivel del mar y por tanto su energía potencial se va reduciendo y su entropía irá aumentando hasta alcanzar el valor máximo en la desembocadura, cuando el río ha consumido toda su energía y se produce exclusivamente la sedimentación.
La entropía está asociada al orden existente en un sistema. Cuanto mayor orden exista, más concentrada está la energía y más baja será la entropía. Por el contrario, si existe un mayor desorden, la energía estará más dispersa y la entropía será más elevada. Para mantener el orden en un sistema se necesita un aporte de energía. La tendencia natural del Universo es hacia un estado de máxima entropía, al máximo desorden, sin embargo los seres vivos se oponen a esa tendencia porque son sistemas ordenados, que consiguen mantener una baja entropía interior (mayor orden) degradando azúcares en la respiración y expulsando al entorno moléculas (CO2 y vapor de agua) de elevada entropía, así rebajan su entropía a costa de aumentar la del entorno.
TIPOS DE SISTEMAS
- Sistemas abiertos: son aquellos en los que se produce un intercambio de materia y energía con el entorno. Recibe entradas del ambiente exterior y las modifica para producir salidas. Para continuar funcionando, los sistemas abiertos necesitan siempre nuevas entradas. Por ejemplo, en una ciudad entran energía y materiales y sale energía en forma de calor y materia en forma de desechos y productos manufacturados.
- Sistemas cerrados: son aquellos que intercambian energía con el entorno, pero no materia. Por ejemplo, en una charca entra energía solar y sale calor, pero la materia se recicla. La Tierra se considera un sistema cerrado.
- Sistemas aislados: son aquellos en los que no existe intercambio de materia ni de energía con el entorno. Por ejemplo, el Sistema Solar formado por el Sol y sus planetas se considera un sistema aislado.