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Termodinámica: qué es, leyes y sus características

24.04.2022

Termodinámica: qué es, leyes y sus características
Enseñanza en línea
  1. ¿En qué consiste la termodinámica?
  2. ¿Cuántas leyes de termodinámica existen y cuáles son?
  3. En la física existen ramas de estudios en las que se busca determinar el comportamiento de un objeto sobre otro. Incluso las relaciones que estos poseen entre sí a nivel de energía. Y son justamente las leyes de la termodinámica el medio para llegar a definir y estudiar estos cambios.

    Donde lo más destacable ocurre basado en el calor, su transformación y como puede verse afectado por el entorno. Es una forma de simplificar muchos de los comportamientos de la materia que existe en el universo.

    Lo más interesante es que la ley de termodinámica no sólo es utilizada en un cuerpo microscópico, sino también es aplicada en personas, planetas y todo aquello que forma parte de un sistema termodinámico.

    ¿En qué consiste la termodinámica?

    También conocido como estudio termodinámico, se emplea para analizar los procesos de intercambio de calor con relación a la potencia. Esto es posible, ya que las leyes de la termodinámica facilitan el estudio de la materia presente en el universo.

    Ahora bien, para que un estudio termodinámico pueda ser llevado a cabo con éxito, se deben considerar los diferentes sistemas que los componen. Si se trata de uno abierto, este permite el intercambio de energía y masa con el medio que lo rodea.

    En caso de tratarse de un sistema cerrado, sólo se compone por el intercambio de calor y no de masa. Por último, si hablamos de uno aislado, no existe ningún tipo de intercambio. Siguiendo este lineamiento, se puede decir entonces que la ley termodinámica va a dar respuesta al comportamiento de cada elemento que se encuentra en un todo.

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    Termodinámica

     

    ¿Cuántas leyes de termodinámica existen y cuáles son?

    Gracias a las leyes de la termodinámica se ha podido comprobar que ningún cuerpo mecánico puede funcionar eternamente. Incluso que el proceso de intercambio tiene un fin natural inalterable.

    Por otra parte, las fórmulas que dieron origen a cada una de las leyes fueron creadas en siglos diferentes. Claro está, todas siguiendo un orden cronológico que cambió con el nacimiento de la última. Para entonces, los expertos determinaron que esta debería ir de primero, dando como resultado 4 leyes a saber.

    Equilibrio térmico

    La Ley cero o de equilibrio térmico fue creada por Guggenheim Fowler en la década de los años 30. De acuerdo con el científico, en su trabajo formula que el nivel calor en dos cuerpos, aunque varíe, son capaces de generar una transferencia térmica para igualar la temperatura.

    Por otra parte, a través de esta ley es posible determinar que la energía de una masa es producida por desplazamiento molecular. Por ejemplo, si colocas un vaso con agua junto a uno de café, al cabo de un tiempo, pueden tener la misma temperatura. El equilibrio térmico será más rápido si ambos elementos se colocan dentro de un recipiente o un refrigerador.

    Principio de conservación de energía

    La primera ley termodinámica fue planteada en 1860 por Rudolf Clausius y William Thompson en la que se definen los nexos que guardan algunos elementos que componen a la energía. Como el calor, el sistema termodinámico y la energía interna.

    Ahora bien, cuando un sistema térmico es afectado por un incremento de la energía o en su defecto está disminuye, quiere decir que hubo una transformación. Por ende, se conserva en otro tipo y se cumple así esta ley.

    Por otra parte, la fórmula del trabajo se planteó para la primera ley de termodinámica la componen:

    • Calor = Q
    • Trabajo externo = W
    • Energía interna = U

    En este sentido, si la energía es mayor al trabajo o movimiento realizado, quiere decir que se generó más calor. Por tanto, la fórmula que se aplica es Q – W = + U.

    En el caso de que se dé una disminución de energía a diferencia del ejemplo anterior, la fórmula aplicada es – Q – W = - U.

    Por último, en dado caso que el calor generado sea igual que el trabajo, no se da lugar al cambio de energía. La fórmula queda Q – Q = U.

    Termodinámica

    Dirección de los procesos termodinámicos

    La dirección de los procesos termodinámicos o segunda ley de la termodinámica fue propuesta en el año 1824 por Nicolás Sadi. En ella se establecen algunos principios como el límite de transferencia y transformación de la energía.

    Básicamente quiere decir que ningún cuerpo es capaz de absorber toda la energía y menos transformarla. En algún punto del proceso, siempre se va a generar la pérdida de calor.

    Un ejemplo clave serían los cubos de hielo que al ser colocados sobre un recipiente se derriten hasta equilibrar su temperatura. Si fuera con un elemento caliente se enfriaría hasta también, equilibrarse. Es así como se sigue cumpliendo la ley cero.

    Lo que sí aplica para esta segunda ley de la termodinámica es la entropía. Un término empleado para determinar la dirección en la que se llevarán a cabo los procesos. El resultado final consiste en que cualquier sistema termodinámico siempre llega a un punto de equilibrio con el tiempo. Aquello que se ha transformado o que tiene mayor probabilidad de hacerlo.

    Ley cero absolutos

    Walther Hermann Nernst fue quien propuso la ley del cero absoluto, marcando un punto límite en para la posible existencia de la masa. Claro está, es una teoría que habla de imposibilidades y más aún de que sea posible que un cuerpo realice algún proceso de forma perpetua.

    En este sentido, si un cuerpo se expone al cero absoluto o bien a -273,15°C, los átomos dejarían de funcionar. Sin embargo, según las teorías de mecánica cuántica, es indispensable que el cuerpo conserve algo de movimiento para contrarrestar dicho efecto.

    En todo caso, aunque ha sido imposible llevar a un cuerpo o materia al cero absoluto, si es posible aproximarse a esa temperatura. Donde dependiendo de su tipo, se pueden generar un efecto de superfluidad o superconductividad en los mismos.

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