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Termodinámica.
Transformación de la energía

La termodinámica en física

La termodinámica en física

La termodinámica es la rama de la física que describe los efectos de los cambios de temperatura, presión y volumen de un sistema físico a un nivel macroscópico. Esta rama de la física que se enfoca en el estudio de las transformaciones de la energía, particularmente en lo que respecta al calor y el trabajo

La materia está compuesta por diferentes partículas que se mueven de manera desordenada. De acuerdo con la definición de termodinámica, esta ciencia no estudia el comportamiento de cada partícula sinó que estudia el comportamiento global de todas estas partículas.

¿Qué estudia la termodinámica?

En la termodinámica física se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas que se caracterizan por sus propiedades. Estas propiedades se pueden combinar para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas, los procesos espontáneos y el intercambio de energía con su entorno.

Los principales elementos que tenemos para su estudio son:

  • Las leyes de la termodinámica: definen la forma en que la energía puede ser intercambiada entre sistemas físicos.
  • La entropía: se define como el desorden en que se mueven las partículas internas que forman la materia.
  • La entalpía: se define cómo la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno.

Leyes de la termodinámica

Los principios de la termodinámica regulan las transformaciones relacionadas con el calor, su progreso y sus límites. Realmente, son axiomas reales basados ​​en la experiencia en la que se basa toda la teoría.

En concreto, se pueden distinguir tres principios básicos, más un principio de "cero".

Ley cero

La ley cero de la termodinámica afirma que cuando dos sistemas que interactúan están en equilibrio térmico, comparten algunas propiedades, que pueden medirse dándoles un valor numérico preciso. En consecuencia, cuando dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio entre sí y la propiedad compartida es la temperatura.

La primera ley

La primera ley afirma que cuando dos cuerpos a diferente temperatura están en contacto, se produce una transferencia de calor hasta un estado de equilibrio. En este nuevo estado, las temperaturas de los dos cuerpos son iguales.

El primer principio es el principio de la conservación de la energía que dice que la energía no se crea ni se destruye; únicamente se transforma.

La segunda ley

La segunda ley de la termodinçamica establece que el calor siempre fluye de un objeto caliente a un objeto frío, y que no es posible crear una máquina térmica 100% eficiente. Esto se conoce como el principio de la imposibilidad de una máquina de movimiento perpetuo de segunda especie.

Además, la segunda ley introduce el concepto de entropía, que mide la cantidad de desorden en un sistema. La entropía siempre tiende a aumentar en un sistema aislado.

La tercera ley

La tercera ley indica que es imposible alcanzar el cero absoluto con un número finito de transformaciones y proporciona una definición precisa de la magnitud llamada entropía.

Adicionalmente, la tercera ley también establece que la entropía para un sólido perfectamente cristalino, a la temperatura de 0 kelvin es igual a 0.

Sistemas termodinámicos

Un sistema termodinámico se refiere a un área limitada utilizada para en la investigación termodinámica, y es el objeto de la investigación. El espacio exterior del sistema se denomina entorno de este sistema.

Los límites de un sistema separan el sistema de su exterior. Este límite puede ser real o imaginario, pero el sistema debe limitarse a un espacio limitado. El sistema y su entorno pueden transferir materia, trabajo, calor u otras formas de energía en el límite.

Ciclos termodinámicos

Termodinámica: definición en física y conceptos básicosUn ciclo termodinámico es un circuito de transformaciones termodinámicas realizadas en uno o más dispositivos destinados a la obtención de trabajo a partir de dos fuentes de calor a distinta temperatura, o de manera inversa, a producir mediante la aportación de trabajo el paso de calor de la fuente de menor temperatura a mayor temperatura.

El parámetro principal de estos ciclos es el rendimiento. El rendimiento térmico se define como el trabajo obtenido dividido por el calor gastado en el proceso.

Propiedades termodinámicas

Las propiedades termodinámicas son las propiedades que definen e intervienen en el estado termodinámico de un sistema.

Estas propiedades se pueden clasificar como extensivas o intensivas. Entre estas propiedades encontramos la energía interna, la entropía, la entalpía, el calor, la temperatura, la presión, el volumen, etc.

Uso y aplicaciones

La termodinámica se puede aplicar a una amplia variedad de temas de ciencia e ingeniería, tales como motores, transiciones de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte, e incluso agujeros negros.

A continuación enumeramos algunos ejemplos de algunas de sus aplicaciones:

  • En la cocción de alimentos.
  • En la automoción, la mayor parte de los motores son motores térmicos.
  • En la ciencia de los materiales para obtener nuevos tipos de materiales que posean propiedades químicas y físicas bien definidas.
  • Aplicaciones industriales para transformar materias primas en productos acabados utilizando maquinaria y energía.
  • En el diseño arquitectónico se tienen en cuenta las transferencias térmicas entre el exterior y el interior de la vivienda, especialmente en la arquitectura bioclimática y la energía solar pasiva.
  • Generación de electricidad en las centrales térmicas dónde los procesos termodinámicos permiten convertir el calor en electricidad.
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Fecha de publicación: 15 de junio de 2016
Última revisión: 11 de octubre de 2023