En el campo de la física, existe una rama encargada de estudiar las transformaciones producidas por el calor y el trabajo en el sistema. Se trata de termodinámica. Es una rama de la física que se encarga del estudio de todas las transiciones, que son solo el resultado de un proceso que involucra cambios en las variables de estado de temperatura y energía a nivel macro. Existen varios principios de la termodinámica que son fundamentales para numerosos aspectos de la física.
Por ello, vamos a contarte en este artículo cuáles son los principios de la termodinámica y cuál es su importancia.
Características de la termodinámica
Si analizamos la termodinámica clásica, encontraremos que se basa en el concepto de sistemas macroscópicos. Este sistema es solo una parte de la cualidad física o conceptual de la separación del entorno externo. Para estudiar mejor el sistema termodinámico, siempre se asume que es una masa física que no se ve perturbada por el intercambio de energía con el ecosistema externo.
El estado de un sistema macroscópico en equilibrio se especifica mediante cantidades llamadas variables termodinámicas. Conocemos todas estas variables: temperatura, presión, volumen y composición química. Todas estas variables definen el sistema y su equilibrio. Gracias a la alianza internacional de aplicaciones, se han establecido los principales símbolos de la termodinámica química. El uso de estas unidades puede funcionar mejor y explicar los principios de la termodinámica.
Sin embargo, existe una rama de la termodinámica que no estudia el equilibrio, sino que se encargan de analizar los procesos termodinámicos que se caracterizan principalmente por no tener la capacidad de lograr condiciones de equilibrio de forma estable.
Principios de la termodinámica
Hay 4 principios de la termodinámica, enumeradas de cero a tres puntos, estas leyes ayudan a comprender todas las leyes de la física en nuestro universo y es imposible ver ciertos fenómenos en nuestro mundo. También son conocidos por el nombre de leyes de la termodinámica. Estas leyes tienen orígenes diferentes. Algunos están formulados a partir de fórmulas anteriores. La última ley conocida de la termodinámica es la ley cero. Estas leyes son permanentes en todas las investigaciones e investigaciones realizadas en el laboratorio. Son esenciales para comprender cómo funciona nuestro universo. Describiremos los principios de la termodinámica uno por uno.
Primer principio
Esta ley dice que la energía no se puede crear ni destruir, solo se puede transformar. Esto también se conoce como la ley de conservación de la energía. En realidad, esto significa que en cualquier sistema físico aislado de su entorno, toda su energía será siempre la misma. Aunque la energía se puede convertir en otros tipos de energía de una forma u otra, la suma de todas estas energías es siempre la misma.
Daremos un ejemplo para entenderlo mejor. Siguiendo este principio, si aportamos cierta cantidad de energía a un sistema físico en forma de calor, podemos calcular la energía total encontrando la diferencia entre el aumento de energía interna y el trabajo realizado por el sistema y alrededores. Es decir, la diferencia entre la energía que tiene el sistema en ese momento y el trabajo que ha realizado será la energía térmica liberada.
Segundo principio
Si hay suficiente tiempo, todos los sistemas eventualmente perderán el equilibrio. Este principio también se llama ley de la entropía. Se puede resumir de la siguiente manera. La cantidad de entropía en el universo aumentará con el tiempo. La entropía del sistema es un índice para medir el grado de desorden. En otras palabras, el segundo principio de la termodinámica nos dice que una vez que el sistema alcanza un punto de equilibrio, aumentará el grado de desorden en el sistema. Esto puede significar que si le damos a un sistema el tiempo suficiente, eventualmente se desequilibrará.
Esta es la ley que se encarga de explicar la irreversibilidad de algunos fenómenos físicos. Por ejemplo, nos ayuda a explicar el por qué un papel se ha quemado un papel no puede volver a su forma original. En este sistema conocido como el papel y el fuego el desorden se ha incrementado a tal punto que no se puede volver a su origen. En esta ley se introduce la función de estado de entropía que en el caso de los sistemas físicos es la que se encarga de representar el grado de desorden y su inevitable pérdida de energía.
Para entender el segundo principio de la termodinámica vamos a poner un ejemplo. Si quemamos una cantidad determinada de materia y la bola juntamos con las cenizas resultantes podemos comprobar que hay menos materia que en el estado inicial. Esto es debido a que la materia se ha convertido en gases que no se pueden recuperar y que tienen a la dispersión y el desorden. Es así como vemos que en el estado uno había al menos entropía que en el estado dos.
Tercer principio
Cuando se alcanza el cero absoluto, el proceso del sistema físico se detiene. El cero absoluto es la temperatura más baja que podemos alcanzar. En este caso, medimos la temperatura en grados Kelvin. De esta forma, se puede decir que la temperatura y el enfriamiento provocan que la entropía del sistema sea cero. En estos casos, es más como una constante definida. Cuando llega al cero absoluto, el proceso del sistema físico se detiene. Por tanto, la entropía tendrá un valor mínimo pero constante.
Alcanzar o no el cero absoluto es una tarea fácil. El valor de cero absoluto del grado de Kelvin es cero, pero si lo usamos en la medición de la escala de temperatura Celsius, es -273,15 grados.
Ley cero
Esta ley es la última asumida y dice que si A = C y B = C, entonces A = B. Esto establece las reglas básicas y básicas de las otras tres leyes de la termodinámica. Es un nombre que asume la ley del equilibrio térmico. En otras palabras, si el sistema y otros sistemas están en equilibrio térmico de forma independiente, deben estar en equilibrio térmico. Esta ley permite el establecimiento de principios de temperatura. Este principio se utiliza para comparar la energía térmica de dos objetos diferentes en un estado de equilibrio térmico. Si estos dos objetos están en equilibrio térmico, estarán innecesariamente a la misma temperatura. Por otro lado, si ambos cambian el equilibrio térmico del tercer sistema, también se afectarán entre sí.
Espero que con esta información puedan conocer más sobre los principios de la termodinámica de sus características.