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Termodinámica, conceptos básicos 2
La termodinámica explica cómo responden los sistemas a los cambios de su entorno. Tiene aplicaciones variadas, desde los motores de los coches y su eficiencia, la química y sus reacciones, los sistemas de refrigeración, etc.
Ley cero de la termodinámica, equilibrio térmico
Si dos sistemas A y B están en equilibrio termodinámico, y B está en equilibrio termodinámico con un tercer sistema C, entonces A y C están a su vez en equilibrio termodinámico. Este principio es fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, por lo que se llama ley cero.
El estado termodinámico se define en función de las variables que no dependen del tiempo: temperatura, presión, volumen, magnetización, tensión superficial, etc.
Así es como funcionan los termómetros. La temperatura es una propiedad que depende de la energía cinética de las moléculas, pero ésto no es medible por lo cual se aprovechan otras propiedades. En un sentido práctico, si tenemos un sistema A y lo acercamos a un termómetro, a un cierto tiempo ambos sistemas llegarán a un equilibrio térmico, es decir, la temperatura del termómetro será la misma que la del sistema A.
Primera ley de la termodinámica, calor y trabajo
También se le conoce como el principio de conservación de la energía, que establece la relación entre el calor, el trabajo y la energía interna de un sistema.
La energía interna U de un sistema, es la suma de todas sus energías. Es decir, es la suma de la energía potencial, cinética, magnética, etc. de todos sus átomos. Esta energía está en función de sus propiedades. (Para quienes no recuerden qué son la energía potencial y cinética pueden ver este post).
Volviendo a la conservación de la energía, si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Esta primera ley de la termodinámica permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Antoine Lavoisier.
Segunda Ley de la Termodinámica, entropía
Esta ley es una herramienta fundamental para comprender la eficiencia de las máquinas. No toda la energía calorífica puede convertirse en trabajo ni viceversa. Esta ley también nos permite evaluar -antes de realizarlo- si un proceso puede ocurrir de manera espontánea o no. Se le asocia con el desorden molecular. Se toma como máxima que para que todo proceso sea posible debe aumentar la cantidad total de la entropía en el universo, es decir, para que haya un nivel de estructura superior en un sistema, algo fuera del sistema (los alrededores) deben aumentar su desorden de manera que la magnitud total de “desorden” sea mayor que la inicial.
Un ejemplo de la aplicación de esta ley es el “pajarito bebedor“.
Curiosamente, también la interpretación de esta ley ha sido muy usada para contradecir a la evolución en el debate “creacionismo vs. evolución“.
Finalmente, y como ya mencioné con anterioridad esta ley nos permite evaluar la eficiencia de máquinas térmicas como el motor y los sistemas de refrigeración.
Tercera ley de la termodinámica, cero absoluto
El punto (en temperatura) en el cual el movimiento de los átomos y moléculas es cero, se llama cero absolluto. Este punto es imposible de alcanzar mediante un número finito de procesos físicos.
La escala absoluta Kelvin, tiene como punto de partida este mismo valor en temperatura.
Cabe destacar que el principio de la conservación de la energía, es la más sólida y universal de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por la termodinámica.
Y por si todavía quedan dudas de las leyes de la termodinámica, aquí unos videos explicativos:
Publicado por Cinthia Astrid Reyes Lozano
May 14th, 2009 at 6:54 pm
[...] La segunda ley de la Termodinámica afirma que para transformar el calor (que es movimiento molecular aleatorio) en trabajo (movimiento organizado en gran escala) es necesario transferir calor desde un objeto caliente a uno más frío, en otras palabras, si no hay diferencia de temperatura, no hay trabajo. [...]