Termodinámica.
Transformación de la energía

Energía térmica i combustión.
Efectos de la termodinámica 

Entropía

Leyes de la termodinámica

Leyes de la termodinámica

La termodinámica se basa principalmente en un conjunto de cuatro leyes que son universalmente válidas cuando se aplican a sistemas que caen dentro de las restricciones implícitas en cada uno.

El primer principio que se estableció fue la segunda ley de la termodinámica, tal como la formuló Sadi Carnot el 1824. El 1860 ya estableció dos "principios" de la termodinámica con las obras de Rudolf Clausius y William Thomson, Lord Kelvin. Con el tiempo, estos principios se han convertido en "leyes". El 1873, por ejemplo, Willard Gibbs afirmó que había dos leyes absolutas de la termodinámica en sus métodos gráficos en la termodinámica de fluidos. Actualmente se enuncian un total de cuatro leyes. En los últimos 80 años, algunos autores han sugerido otras leyes, pero ninguna de ellas fue aceptada por unanimidad.

En las diversas descripciones teóricas de la termodinámica, estas leyes pueden expresarse en formas aparentemente diferentes, pero las formulaciones más destacadas son las siguientes:

  • El principio cero de la termodinámica tiene diferentes contenidos, en diferentes autores y en diferentes contextos; es decir, puede referirse a uno u otro de los siguientes dos aspectos de los estados de equilibrio de un sistema termodinámico: establecer el equilibrio termodinámico, o transitividad del equilibrio térmico.
  • El primer principio de la termodinámica establece la equivalencia entre el trabajo mecánico y la cantidad de calor como formas de intercambio de energía entre un sistema y el mundo circundante. Una de sus consecuencias es la existencia de una función estatal llamada energía interna.
  • La segunda ley de la termodinámica es compatible con una forma primaria, la existencia incapaz de máquinas térmicas que recibieron un poco de calor desde una fuente para producir equivalente trabajo mecánico. Una de sus consecuencias es la existencia de una función estatal llamada entropía.
  • El tercer principio de la termodinámica establece que cuando la temperatura tiende a cero absoluto, la entropía de cualquier sistema tiende a cero. No es el resultado de la abstracción directa de los hechos experimentales, sino la extensión de las consecuencias de los principios precedentes.

Ley cero de la termodinámica

El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el que las variables empíricas utilizadas para definir un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, entre otros) han llegado a un punto de equilibrio y por tanto no varían a lo largo del tiempo, es decir no son dependientes del tiempo. A estas variables empíricas (experimentales) de un sistema se les conoce como coordenadas termodinámicas del sistema.

A este principio se llama del equilibrio termodinámico. Si dos sistemas A y B están en equilibrio termodinámico, y B está en equilibrio termodinámico con un tercer sistema C, entonces A y C están a su vez en equilibrio termodinámico. Este principio es fundamental, a pesar de ser ampliamente aceptado; no fue formulado formalmente hasta después de haber enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibe la posición 0.

Primera ley de la termodinámica

La primera ley de la termodinámica también es conocido como principio de conservación de la energía para la termodinámica. Esta ley termodinámica establece que, si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.

Visto de otro modo, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Antoine Lavoisier.

Segunda ley de la termodinámica

La segunda ley de la termodinámica regula la dirección en que se han de llevar a cabo los procesos termodinámicos y, por tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario. También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo a otro sin pérdidas. De este modo, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el primer principio de la termodinámica.

Esta ley permite definir una magnitud física llamada entropía tal que, para un sistema aislado, es decir, que no intercambia materia ni energía con su entorno, la variación de la entropía siempre debe ser mayor o igual a cero y sólo es igual a cero si el proceso es reversible.

Tercera ley de la termodinámica

La tercera de las leyes de la termodinámica, propuesta por Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. El tercer principio de la termodinámica puede formular también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico.

La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse con el valor de cero a temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción exigida por la termodinámica clásica, por lo que es probablemente es inadecuado hablar de "ley".

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Última revisión: 28 de agosto de 2018