13.5: En Resumen

1. La temperatura es una cantidad estadística que proporciona una medida (típicamente indirecta) de la concentración de energía térmica en un sistema. Para un sistema que está (aproximadamente) bien descrito por la mecánica clásica, la temperatura, medida por un termómetro convencional, es directamente proporcional a la energía cinética traduccional promedio por molécula.
2. En un proceso en el que un sistema no funciona, un cambio en la temperatura del sistema está relacionado con un cambio en su energía interna total (que normalmente incluye más que solo contribuciones de energía cinética traslacional) por\(\Delta E = C \Delta T\), donde\(C\) está la capacidad calorífica del sistema para el proceso.
3. La transferencia de energía térmica entre dos sistemas sin que ninguno de ellos haga trabajo macroscópico el uno sobre el otro es generalmente posible. La energía térmica transferida de esta manera se llama calor, y denotada por el símbolo\(Q\).
4. La definición real de la capacidad calorífica de un sistema es\(C = Q/ \Delta T\). Para un sistema homogéneo (hecho de una sola sustancia)\(C = mc\), donde\(m\) está la masa del sistema y\(c\) el calor específico de la sustancia. Los calores específicos suelen depender de la temperatura de manera no trivial.
5. Dos sistemas aislados del resto del mundo pero permitidos para intercambiar energía térmica entre sí alcanzarán eventualmente un estado de equilibrio térmico en el que sus temperaturas serán las mismas (ley cero-ésima de la termodinámica).
6. El trabajo realizado en (o por) un sistema por (o sobre) su entorno, más el calor dado a (o tomado de) el sistema por su entorno, siempre es igual al cambio neto en la energía total del sistema (conservación de energía, o primera ley de termodinámica; Ecuación (13.3.1)).
7. Para cualquier sistema en equilibrio térmico, existe una variable de estado, llamada entropía, con la propiedad de que nunca podrá disminuir para un sistema cerrado. Cuando un sistema a temperatura\(T\) toma una pequeña cantidad de calor\(dQ\), su cambio en la entropía viene dado por\(dS = dQ/T\).
8. Este principio de entropía nunca decreciente equivale a la afirmación de que “No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la transferencia de calor de un enfriador a un cuerpo más caliente”.
9. El principio 7. también es equivalente al teorema de Carnot, que establece que “es imposible que un motor que opera en un ciclo, tomando calor de un reservorio caliente a temperatura\(T_h\) y agotando calor a un reservorio frío a temperatura\(T_c\), haga trabajo con una eficiencia mayor a \(1 − T_c/T_h\).”
10. Cualquiera de 7., 8., o 9., arriba, puede considerarse como una declaración equivalente de la segunda ley de la termodinámica.
11. El teorema de Carnot muestra las limitaciones inherentes a la conversión de la energía térmica en trabajo macroscópico, razón por la cual se suele considerar la energía mecánica que se convierte en energía térmica como “perdida”.
12. Microscópicamente, la entropía de un sistema es una medida del rango de distintos estados disponibles para sus componentes microscópicos (átomos o moléculas) que son compatibles con el conjunto de restricciones macroscópicas que determinan su estado de equilibrio térmico. Más entropía significa un mayor rango de posibles “microestados”.
13. La entropía siempre aumenta en los procesos irreversibles.