Termodinámica.
Transformación de la energía

Energía térmica i combustión.
Efectos de la termodinámica 

Entropía

Ley cero de la termodinámica

Ley cero de la termodinámica

La ley cero de la termodiámica habla de lo que experimentamos cada día: dos sistemas que estan en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio entre sí. Se dice que dos cuerpos están en equilibrio térmico cuando, al ponerse en contacto, sus variables de estado no cambian. En torno a esta simple idea se establece la ley cero.

Toda ley de la física tiene su relevancia, así como la ley cero de la termodinámica, que curiosamente fue la última ley a ser introducida en la literatura. Después de la constatación de que el calor es una forma de energía que podría ser transformada en otra, la termología pasó a ser llamada termodinámica. Para obtener una estructura lógica en la presentación de la termodinámica, era necesario colocar otra ley antes de las que ya habían sido enunciadas (primera ley de la termodinámica y segunda ley de la termodinámica). Así, esa otra ley recibió el nombre de ley cero de la termodinámica.

Si A está en equilibrio con B y A también está en equilibrio térmico con C, podemos concluir que B está en equilibrio térmico con C.Con los fundamentos de esta ley, podemos garantizar la posibilidad de usar un termómetro Z para averiguar si dos cuerpos X e Y están en equilibrio. Para ello, basta comprobar si los dos cuerpos tienen la misma temperatura.

Historia de la ley cero de la termodinámica

Las ideas de "caliente" y "frío" siempre han formado parte de las experiencias sensoriales del hombre. De hecho, dos de los primeros científicos que expresaron estas ideas fueron Leonardo Da Vinci y Galileo. Estos cientficos sabían que al contacto con un tercer cuerpo, usualmente el aire, dos o más cuerpos en contacto con él "se  mezclaban de una manera apropiada hasta alcanzar una misma condición".

Esta condición era alcanzada debido a la tendencia de los cuerpos calientes de difundir su energía a los cuerpos más fríos. Este flujo de energía  es denominado calor o energía calorífica. Así, podemos percibir la tendencia del calor a difundirse de cualquier cuerpo caliente hacia otros más fríos en sus  alrededores. Esta transferencia de calor tiene lugar hasta que ninguno de los cuerpos del sistema es capaz de absorber más calor.

Ralph H. FowlerLa ley cero de la termodinámica tiene esta denominación gracias a Ralph H. Fowler (1889-1944), un gran físico inglés, que en el siglo XX después de mucho tiempo de desarrollo de la ley experimental, la consideró como una ley básica. Si esta ley el concepto de temperatura no podría ser definido y se postuló que: "Si dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero, estarán en equilibrio térmico entre sí". Sin embargo, se hizo necesaria la estructuración de la presentación de la termodinámica de una forma más logica, como la primera y la segunda ley ya habían sido formuladas, entonces surgió el término ley cero de la termodinámica. Desde entonces esta denominación viene siendo utilizada en física.

Conceptos para comprender la ley cero de la termodinámica

Para comprender la ley cero de la termodinámica  consideremos el comportamiento de dos o más sistemas constituidos de la siguiente manera.

Los sistemas A y B están separados entre sí por una pared adiabática (una pared que no permite en intercambio de calor). Cada uno de los dos puntos está en contacto térmico con el tercer sistema C a través de paredes diatérmicas (paredes que permiten el intercambio de energía térmica), estando todo el conjunto rodeado por una pared adiabática. Nuestra experiencia dice que ambos sistemas alcanzarán el equilibrio térmico con el tercero y que no tendrá lugar ningún cambio posterior si la pared adiabática que separa A y B se reemplaza por una pared diatérmica.

Un ejemplo que ayudará a comprender mejor el concepto de la ley cero de la termoidinámica: considera un cuerpo B que consiste en un tubo con un capilar conteniendo mercurio y cuyos niveles de altura sobre el capilar representa diferentes temperaturas.

Ahora considera un cuerpo A, por ejemplo el cuerpo humano, si acercas el termómetro al cuerpo humano y lo dejas suficiente tiempo, el termómetro alcanzará el valor correspondiente a su temperatura, esto es, el termómetro y el cuerpo humano estarán en equilibrio  térmico entre  sí y por  lo tanto  tendrán  el mismo valor numérico para la propiedad temperatura. La forma de elegir una escala termométrica es absolutamente arbitraria y no la discutiremos aquí.

Enunciado de la ley cero de la termodinámica

Estas experiencias pueden resumirse en una ley llamada la ley cero de la termodinámica: Dos sistemas en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio entre sí"

La ley cero de la termodinámica nos permite diferenciar los cuerpos entre sí con respecto a su "grado de calentamiento". Este atributo, que es una propiedad del sistema, lo identificaremos con su temperatura, que resulta ser un concepto macroscópico (medible).

A través de estos conceptos podemos entender el funcionamiento de los dispositivos llamados termómetros, que son los aparatos que precisamente miden la propiedad temperatura de los cuerpos.

Debe destacarse que la formulación de la ley cero de la termodinámica contiene tres ideas firmes:

  • La existencia de una variable de estado, llamada temperatura.
  • La igualdad de temperaturas como una condición para el equilibrio térmico entre dos sistemas, o entre partes del mismo sistema.
  • La existencia de una relación entre las variables independientes del sistema y la temperatura, llamada ecuación de estado.
valoración: 3.5 - votos 21

Última revisión: 21 de diciembre de 2017