Principios de la termodinámica

En el siguiente artículo explicaremos los principios de la termodinámica y aprovecharemos para hablar en profundidad sobre la ciencia que estudia los fenómenos relativos a la energía, específicamente al trabajo mecánico y el calor, para entender el panorama completo. Si te interesa este tema, o deseas comprender finalmente cuáles son las nociones básicas que fundamentan la termodinámica, esto es para ti.

¿Qué es la termodinámica?

Seguramente habrás escuchado alguna vez sobre la termodinámica. Se trata de una importante disciplina que influye en la vida humana, de hecho explica racionalmente, y mediante el método científico, el funcionamiento de mecanismos tecnológicos, como el motor de los automóviles.

que es la termodinámica

En palabras sencillas, se trata de una rama de la física, –ciencia que estudia e interpreta las propiedades de la materia mediante matemáticas–, usada para conocer las diferentes formas de energías en los sistemas materiales, que son cuerpos, sustancias o simplemente células. Toca temas interesantes, como transferencia de calor, dinámica de los gases y la combustión interna.

El enfoque principal de la termodinámica es la energía térmica –que es la manifestación de energía liberada en forma de calor– y cómo afecta mediante movimientos macroscópicos a otros sistemas. Se estudia a través de leyes o principios, ahondando en las formas en que se puede cambiar energía en los sistemas físicos, También habla sobre la entropía, que es el movimiento desordenado de las partículas.

¿Para qué sirve la termodinámica?

Como te mencionamos anteriormente, la termodinámica es una disciplina fundamental en la vida humana. Pero, ¿en qué forma? De varias en realidad. Veamos algunos aspectos.

  • Explicación de las interacciones energéticas. La termodinámica es una ciencia esencial para explicar los cambios y movimientos que ocurren a niveles macroscópicos, como es el caso de la transferencia de calor entre sistemas.
  • Estudia la transferencia de energía. La transferencia de energía entre un sistema y otro suele ser uno de los principales enfoques de la rama de la ciencia, especialmente de calor. Lo que ocurre cuando dos sistemas entran en contacto y transmiten energías a diferentes intensidades de temperatura.
  • Explica la conversión de energía. La rama de la ciencia también explica la conversión de energía, que es el proceso de cambiar o transformar, la energía de un tipo a otro. También se puede definir como la capacidad que tienen los sistemas de poner en movimiento a un cuerpo, como una maquinaria, mediante trabajo mecánico.
  • Estudia los niveles macroscópicos del calor. Como hemos mencionado, los estudios macroscópicos suelen ser el principal enfoque de la termodinámica, aunque no la única, y se caracteriza por la observación y medición de las partículas que se mueven en un cuerpo.

Principios de la termodinámica

Sabiendo la definición, y para qué sirve, podemos afrontar los principios de la termodinámica. En términos generales, son leyes universales y empíricas –nacen mediante la observación y experimentación, y no por suposiciones–, en las que se fundamenta la termodinámica. Se trata de tres principios originales, y luego una cuarta, que no muchos consideran como principio, pero ayuda a la interpretación. También puedes revisar la primera, segunda y tercera ley de la termodinamica explicado y llevarte la información completa.

Primera ley de la termodinámica

La primera ley de la termodinámica nos habla sobre la energía de los sistemas aislados. Suele ser un principio popular, y conocido mundialmente, donde se especifica claramente que la energía no se puede crear ni producir, aunque, sí se puede transformar y mantener de forma constante.

Segunda ley de la termodinámica

La segunda ley de la termodinámica habla sobre la entropía –una magnitud relacionada con el grado de desorden molecular de un sistema– y cómo es un concepto clave. Habla sobre la tendencia del universo a mantener siempre un equilibrio en sus sistemas y distribuirá la energía de la misma forma.

entropía en termodinámica

También explica la dirección en que ocurre la distribución de energía, donde un cuerpo caliente enviará energía térmica a uno más frío, pero nunca uno más frío enviará energía a uno caliente, al menos que se le aplique trabajo. Como el aire acondicionado, que produce frío, pero ocurre trabajo para que complete tal intercambio.

Tercera ley de la termodinámica

Esta tercera ley de la termodinámica, conocida también como el Postulado de Nernst, habla sobre cómo los movimientos desordenados de las partículas que producen calor se detiene al llegar al cero absoluto –equivalente a  kelvin o 273 grados Celsius– y se mantienen de forma constante. Hay muchos conceptos interesantes, como la temperatura, los sistemas físicos y por supuesto, el intercambio de calor.

Ley cero de la termodinámica

También conocida como la ley del equilibrio de la termodinámica, explica la constancia de las propiedades de un sistema a niveles macroscópicos, como la temperatura. Nos dice que si un sistema A, y un sistema B, se encuentran en equilibrio, y existe un sistema C, entonces tanto el primer como tercer sistema se encuentran en equilibrio.

Sistema termodinámico

El sistema termodinámico es un concepto imprescindible para entender las nociones básicas explicadas anteriormente. Cuando hablamos de sistema en esta rama de la ciencia nos referimos a un cuerpo que se encuentra aislado, imaginariamente o de forma real, de su entorno que lo rodea. El objetivo es conseguir realizar estudios sobre su comportamiento e interacción, especialmente con otros cuerpos.

Por cuerpos, en otra sintonía, nos referimos a casi cualquier cosa, desde una persona, hasta un motor de automóvil. Así pues, un sistema termodinámico se refiere a un método de estudio diseñado para comprender las acciones mecánicas que existen en dicho sistema, sobre todo con los procesos relacionados con la energía.

En total, existen tres tipos de sistemas termodinámicos, clasificados por la capacidad que poseen para intercambiar elementos –materia y energía–, y son: cerrados, abiertos y aislados. Los sistemas cerrados son aquellos que pueden intercambiar energía, pero no materia. Por ejemplo, los bombillos no pueden intercambiar materia, pero sí energía. Lo mismo ocurre con el sol, que puede cambiar radiación solar.

termodinámica

Los sistemas abiertos, por otro lado, son los más comunes y predominantes en el universo. Vendrían a ser todos aquellos cuerpos que pueden intercambiar tanto energía, como materia. El cuerpo humano es el ejemplo por excelencia, pero también motores y reactores nucleares. Finalmente tenemos los sistemas aislados, que no intercambian energía y materia dado que se encuentran de forma autónoma. Ejemplos podrían ser: bombonas de gas, donde el gas se encuentra aislado de cualquier materia y energía.

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