Leyes de la termodinámica

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Autor: Redacción Ejemplode.com.

La Termodinámica es la Rama de la Física que se encarga de determinar y medir los fenómenos de Transferencia de Energía, abarcando el Calor y el Trabajo Mecánico.

La Energía

Una de las manifestaciones más fundamentales de la naturaleza es la energía que acompaña a todos los cambios y transformaciones. Así, fenómenos tan diversos como la caída de una piedra, el movimiento de una bola de billar, la combustión del carbón, o el crecimiento y reacciones de los mecanismos complejos de los seres vivientes, todos comprenden alguna absorción, emisión y redistribución de la energía.

La forma más común en que la Energía aparece y hacia la cual tienden las demás, es el Calor. Junto a él se produce Energía Mecánica en el movimiento de cualquier mecanismo.

Energía Eléctrica cuando una corriente calienta un conductor o es capaz de realizar un trabajo mecánico o químico. Energía Radiante inherente a la luz visible y a la radiación en general; y finalmente la Energía Química almacenada en todas las sustancias, que se pone de manifiesto cuando aquellas realizan una transformación.

Tan diferentes y diversas como a primera vista cabe suponerlas, sin embargo, están ligadas íntimamente entre sí, y bajo ciertas condiciones se efectúa una conversión de una en otra. Es materia de la Termodinámica estudiar tales interrelaciones que tienen lugar en los sistemas, y sus leyes, que son aplicables a todos los fenómenos naturales, se cumplen rigurosamente ya que están basadas en la conducta de los Sistemas macroscópicos, es decir, con gran número de moléculas en vez de los microscópicos que comprenden un número reducido de ellas.

A los Sistemas donde son aplicables las Leyes de la Termodinámica, se les llama Sistemas Termodinámicos.

La Termodinámica no considera el tiempo de transformación. Su interés se centra en los estados Inicial y Final de un Sistema sin mostrar ninguna curiosidad por la velocidad con que tal cambio se produce.

La Energía de un Sistema dado es Cinética, Potencial o ambas a la vez. La Energía Cinética es debida a su movimiento, bien sea molecular o del cuerpo como un todo.

Por otra parte, la Potencial es aquella clase de Energía que un sistema posee en virtud de su posición, es decir, por su estructura o configuración respecto a otros cuerpos.

El contenido de Energía total de cualquier sistema es la suma de las anteriores, y aunque su valor absoluto puede calcularse teniendo en cuenta la famosa relación de Einstein E=mC2, donde E es la Energía, m la masa y C la velocidad de la Luz, este hecho sirve de poco en las consideraciones ordinarias de la Termodinámica.

El motivo es que las Energías involucradas son tan grandes que cualquier cambio de ellas como resultado de los procesos físicos o químicos es insignificante.

Así los cambios de masa resultantes de aquellas transferencias son imponderables por lo cual la Termodinámica prefiere tratar con tales diferencias de Energía que son medibles y se expresan en diversos sistemas de unidades.

Por ejemplo, la unidad del Sistema cgs de Energía Mecánica, Eléctrica, o Térmica es el Ergio. La del Sistema Internacional de Unidades es el Joule o Julio; la del Sistema Inglés es la Caloría.

La Termodinámica se rige por cuatro Leyes, partiendo de la Ley Cero.

Ley Cero de la Termodinámica

Es la más sencilla y fundamental de las cuatro, y es básicamente una premisa que dice:

“Si un cuerpo A está en Equilibrio Térmico con un cuerpo B, y el cuerpo C está en Equilibrio a su vez con B, entonces A y C se encuentran en Equilibrio”.

Primera Ley de Termodinámica

La Primera Ley de Termodinámica establece la Conservación de la Energía con la premisa que dice:

“La Energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”.

Esta ley se formula diciendo que para una cantidad dada de una forma de Energía que desaparece otra forma de la misma aparecerá en una cantidad igual a la cantidad desaparecida.

Se considera el destino de cierta cantidad de calor (Q) agregada al sistema. Esta cantidad dará origen a un incremento de la Energía interna (ΔE) y también efectuará cierto trabajo externo (W) como consecuencia de dicha absorción calorífica.

Se tiene por la Primera Ley:

ΔE + W = Q

Aunque la Primera Ley de Termodinámica establece la relación entre el calor absorbido y el trabajo realizado por un sistema, no señala ninguna restricción en la Fuente de este calor o en la dirección de su flujo.

Según la Primera Ley, nada impide que sin ayuda externa extraigamos calor del hielo para calentar el agua, siendo la temperatura del primero menor que la de esta última.

Pero se tiene el conocimiento de que El flujo de calor tiene la única dirección desde la Temperatura más elevada a otra menor.

El calor fluye del sol al helado

Segunda Ley de Termodinámica

La Segunda Ley de Termodinámica atiende las inconsistencias de la Primera Ley, y lleva la siguiente premisa:

“El Calor no se transforma en Trabajo sin producir cambios permanentes bien sea en los sistemas comprendidos o en sus proximidades”.

La Entropía es la magnitud física que define la Segunda Ley de Termodinámica, y depende de los estados Inicial y Final:

ΔS = S- S1

La Entropía de todo el proceso está también dada por:

ΔS = qr/T

Siendo qr el calor de un proceso isotérmico reversible y T la Temperatura Constante.

El Universo es un ejemplo de la Entropia manifestandose en cada momento

Tercera Ley de Termodinámica

Esta Ley trata de la Entropía de las sustancias Cristalinas puras en el cero Absoluto de Temperatura, y su premisa es:

“La entropía de todos los Sólidos Cristalinos Puros debe considerarse cero en el Cero Absoluto de Temperatura”.

Lo anterior es válido porque la evidencia experimental y los argumentos teóricos demuestran que la entropía de las soluciones o líquidos sobreenfriados no es cero a 0K.

Cristales en cero absoluto son teoricamente de Entropia Cero

Ejemplos de Aplicaciones de la Termodinámica

Frigoríficos domésticos

Fábricas de Hielo

Motores de Combustión interna

Recipientes térmicos para bebidas calientes

Ollas de presión

Hervidores de agua

Ferrocarriles impulsados por quema de carbón

Hornos para fundición de metales

El Cuerpo humano en busca de Homeostasis

Las prendas de ropa que se usan en invierno conservan el calor en el cuerpo

Citado APA: (A. 2009,01. Leyes de la termodinámica. Revista Ejemplode.com. Obtenido 01, 2009, de https://www.ejemplode.com/37-fisica/540-leyes_de_la_termodinamica.html)

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Comentarios:

  1. Me pare que es muy bueno porque me ayudó a comprender esa pregunta.
    Por JAIR Jesús 02.04.19 a las 17:50:17
    1. Muchas gracias me ayudaron bastante.
      Por ivon 01.29.13 a las 1:07:40
      1. Esta muy bien, pude hacer mi tarea, ¡Gracias!
        Por Lalo 01.23.13 a las 21:43:20
        1. Es genial es concreto y por fin entendi las 3 leyes aunqE no explican mucho en ningun lado la tercera
          Por nadrenkairos 09.01.11 a las 16:51:06
          1. Me funciono mucho
            Por Malin 04.14.10 a las 14:55:00
            1. es lo maximo me saque un 10
              Por jonathan 02.18.10 a las 2:22:30
              1. si tengo 4 Kj/kg ºC, ese valor es de capacidad calorifica, solo asumo que 1ºK es igual a 1ºC o debo multiplicar por algun factor para camiar ese ºC a ºK.
                Por Lis 01.14.10 a las 14:51:09
                1. Creo que los Principios de la Termodinámica han sido resumidos en exceso de suerte tal que resultan inteligibles. El Primer Principio debió ser expresado: Q = U + A W
                  De esta manera se incluye a A (A = 1/J) el Equivalente Térmico del Trabajo que permite contar con más elementos históricos en el establecimiento de este Principio. Por otra parte si bien 1 ºC equivale a 1 ºK las escalas son distintas y en consecuencia si no empleamos ºK podemos cometer un error al ingresar en las fórmulas la temperatura en ºC y no en ºK.
                  En cuanto al Segundo Principio los conceptos vertidos son ciertos pero los noto como entremezclados.
                  Por Vicente 09.09.09 a las 11:18:00
                  1. MUY BUENO Y MUY RESUMIDO BIEN BIEN BIEN BUENISIMO ME AYUDÓ MUCHINININININININISIMO
                    Por didier 06.15.09 a las 0:16:07

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