¿Qué es la termodinámica? Antes de entrar a conocer a fondo en el significado de la palabra que ahora nos ocupa, termodinámica, es importante resaltar que el origen etimológico de la misma se encuentra en el latín. Más concretamente podemos subrayar el hecho de que está conformada por la unión de tres partes claramente diferenciadas: el vocablo thermos que viene a definirse como “caliente”, el sustantivo dinamos que es equivalente a “fuerza” o a “poder”, y el sufijo – ico que puede determinarse que significa “relativo a”.
Se identifica con el nombre de termodinámica a la rama de la físicaque hace foco en el estudio de los vínculos existentes entre el calor y las demás variedades de energía. Analiza, por lo tanto, los efectos que poseen a nivel macroscópico las modificaciones de temperatura, presión, densidad, masa y volumen en cada sistema.
Nicolas Léonard Sadi Carnot, considerado como el "padre de la termodinámica "
Es importante subrayar que existe una serie de conceptos básicos que es fundamental conocer previamente a entender cómo es el proceso de la termodinámica. En este sentido uno de ellos es el que se da en llamar estado de equilibrio que puede definirse como aquel proceso dinámico que tiene lugar en un sistema cuando tanto lo que es el volumen como la temperatura y la presión no cambian. De la misma forma está lo que se conoce por el nombre de energía interna del sistema. Esta se entiende como la suma de lo que son las energías de todas y cada una de las partículas que conforman aquel. En este caso, es importante subrayar que dichas energías sólo dependen de lo que es la temperatura.
De Interés…
La termodinámica es la parte de la física que estudia las transferencias de calor, la conversión de la energía y la capacidad de los sistemas para producir trabajo. Las leyes de la termodinámica explican los comportamientos globales de los sistemas macroscópicos en situaciones de
Características…
Se aplica al estudio de siste-
rizadas porque en
mas que contienen muchas
ellas todas las
indemostrables, están ba-
partículas y no al estudio de
propiedades del
sados en las experiencias
moléculas, átomos o partícu-
sistema quedan
y no en razonamientos
las subatómicas
determinadas por
Estudia el sistema en situacio-
factores intrínse-
nes de equilibrio, que son
cos y no por in-
aquellas a las que sistema
fluencias externas
tiende a evolucionar y caracte-
previamente aplicadas
Ecuación de Estado.
Pie de imagen o gráfico.
Sus postulados son
teóricos Es importante que te familiarices con los conceptos que vamos a introducir a continuación, pues, aun-
que en una primera aproximación pueden parecer algo abstractos, te permitirían estudiar el comportamiento de sistemas concretos ( un mo-
La ecuación de estado de los gases ideales sigue la expresión: P * V= n*R*T
Donde:
p : Presión. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el pascal ( Pa ) aunque también se suele usar la atmósfera ( atm ). 1 atm = 101325 Pa
V : Volumen. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es metro cúbico ( m3 ) aunque también se suele usar el litro ( l o L ). 1 L = 1 dm3 = 10-3m3
n : Número de moles. Se trata de una unidad de masa. Un mol de una sustancia se compone del número de Avogadro, NA = 6.023·1023 de moléculas de esa sustancia, y su peso coincide con la masa molecular de la sustancia expresada en gramos. La unidad de medida en el Sistema Internacional para el número de moles es el mol ( mol )
R : Constante universal de los gases. Su valor en unidades del Sistema Internacional es R = 8.31 J /
mol·K, aunque también se usa R = 0.083 atm·l / mol·K T : Temperatura. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el kelvin ( K ) aunque también se suele usar el grado centígrado o celsius ( ºC ). T = tC + 273.15
Primera Ley de la termodinámica La primera ley de la termodinámica, que se conoce como el principio de conservación de la energía, señala que, si un sistema hace un intercambio de calor con otro, su propia energía interna se transformará. El calor, en este sentido, constituye la energía que un sistema tiene que permutar si necesita compensar los contrastes surgidos al comparar el esfuerzo y la energía interior.
Al igual que todos los principios de la termodinámica, el primer principio se basa en sistemas en equilibrio. Por otro lado, es probable que hayas oído más de una vez que la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Se trata del principio general de conservación de la energía.
Segunda Ley de la Termodinámica
También conocido como segunda ley de la termodinámica, establece que “la cantidad de entropía del universo tiende a incrementarse en el tiempo“. Esta ley marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a
concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el primer principio.
Tercera Ley de la Termodinámica En términos simples, la tercera ley3 indica que la entropía de una sustancia pura y cristalina en el cero absoluto es nula. Por consiguiente, la tercera ley provee de un punto de referencia absoluto para la determinación de la entropía. La entropía relativa a este punto es la entropía absoluta. Un caso especial se produce en los sistemas con un único estado fundamental, como una estructura cristalina. La entropía de un cristal perfecto definida por
el teorema de Nernst es cero (dado que el {\displaystyle \log {(1)}=0}). Sin embargo, esto desestima el hecho de que los cristales reales deben crecer en una temperatura finita y poseer una concentración de equilibrio por defecto. Cuando se enfrían generalmente son incapaces de alcanzar la perfección completa. Esto, por supuesto, se mantiene en la línea de que la entropía tiende siempre a aumentar dado que ningún proceso real es reversible.
Otra aplicación de la tercera ley es con respecto al momento magnético de un material. Los metales paramagnéticos (con un momento aleatorio) se ordenarán a medida de que la temperatura se acerque a 0 K. Se podrían ordenar de manera ferromagnética (todos los momentos paralelos los unos a los otros) o de manera antiferromagnética.
Organización Como tal... Como ciencia fenomenológica, la termodinámica no se ocupa de ofrecer una interpretación física de sus magnitudes. La primera de ellas, la energía interna, se acepta como una manifestación macroscópica de las leyes de conservación de la energía a nivel microscópico, que permite caracterizar el estado energético del sistema macroscópico. El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas son los que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas en forma de calor o trabajo, y que solo puede hacerse de una determinada manera. También se introduce una magnitud llamada entropía, que se define como aquella función extensiva de la energía in-
terna, el volumen y la composición molar que toma valores máximos en equilibrio: el principio de maximización de la entropía define el sentido en el que el sistema evoluciona de un estado de equilibrio a otro.