La termodinámica

La termodinámica es una rama de la física y quimica relacionada con el calor y la temperatura y su relación con otras formas de energía y trabajo. El comportamiento de estas cantidades se rige por las cuatro leyes de la termodinámica, independientemente de la composición o propiedades específicas del material o sistema en cuestión. Las leyes de la termodinámica se explican en términos de componentes microscópicos. La termodinámica se aplica a una amplia variedad de temas en ciencia e ingeniería, especialmente química física, ingeniería química e ingeniería mecánica.

Históricamente, la termodinámica se desarrolló por el deseo de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor, particularmente a través del físico francés Nicolas Léonard Sadi Carnot (1824) que creía que la eficiencia del motor era la clave que podía ayudar a Francia a ganar las Guerras Napoleónicas.  El físico escocés Lord Kelvin fue el primero en formular una definición concisa de termodinámica en 1854 que afirmaba: "La termodinámica es el sujeto de la relación del calor con las fuerzas que actúan entre las partes contiguas de los cuerpos y la relación entre el calor ."

La aplicación inicial de la termodinámica a los motores térmicos mecánicos se extendió desde el principio al estudio de compuestos químicos y reacciones químicas. La termodinámica química estudia la naturaleza del papel de la entropía en el proceso de reacciones químicas y ha proporcionado el grueso de la expansión y el conocimiento del campo.  Otras formulaciones de la termodinámica surgieron en las siguientes décadas. La termodinámica estadística, o la mecánica estadística, se ocupaba de las predicciones estadísticas del movimiento colectivo de partículas a partir de su comportamiento microscópico. En 1909, Constantin Carathéodory presentó una aproximación puramente matemática al campo en su formulación axiomática de la termodinámica, una descripción a menudo llamada termodinámica geométrica.

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Leyes de la termodinámica

Ley cero de la  termodinámica: cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero, estos están a su vez en equilibrio térmico entre sí, Esta afirmación implica que el equilibrio térmico es una relación de equivalencia en el conjunto de sistemas termodinámicos considerados. Se dice que los sistemas están en equilibrio si los pequeños intercambios aleatorios entre ellos (por ejemplo, el movimiento Browniano) no conducen a un cambio neto en la energía. Esta ley se asume tácitamente en cada medición de temperatura. Por lo tanto, si uno trata de decidir si dos cuerpos están a la misma temperatura, no es necesario ponerlos en contacto y medir cualquier cambio en sus propiedades observables a tiempo. 

La ley proporciona una definición empírica de temperatura y justificación para la construcción de termómetros prácticos.La ley cero no fue inicialmente reconocida como una ley, ya que su base en el equilibrio termodinámico estaba implícita en las otras leyes. La primera, la segunda y la tercera leyes habían sido declaradas explícitamente con anterioridad y encontraron una aceptación común en la comunidad de la física. Una vez que se realizó la importancia de la ley cero para la definición de la temperatura, era poco practico volver a numerar las otras leyes, de ahí que se numera la ley cero.

Primera ley de la termodinámica: la energía interna de un sistema aislado es constante.
La primera ley de la termodinámica es una expresión del principio de conservación de la energía. Establece que la energía puede transformarse (cambiar de una forma a otra), pero no puede crearse ni destruirse.


La primera ley generalmente se formula diciendo que el cambio en la energía interna de un sistema termodinámico cerrado es igual a la diferencia entre el calor suministrado al sistema y la cantidad de trabajo realizado por el sistema en su entorno. Es importante tener en cuenta que la energía interna es un estado del sistema (véase el estado termodinámico), mientras que el calor y el trabajo modifican el estado del sistema. En otras palabras, se puede lograr un cambio en la energía interna de un sistema mediante cualquier combinación de calor y trabajo agregado o removido del sistema, siempre y cuando estos totalicen el cambio de energía interna. La manera en que un sistema logra su energía interna es independiente del camino.

Segunda ley de la termodinámica: el calor no puede fluir espontáneamente desde un lugar más frío a un lugar más cálido.

La segunda ley de la termodinámica es una expresión del principio universal de la decadencia observable en la naturaleza. La segunda ley es una observación del hecho de que, con el tiempo, las diferencias de temperatura, presión y potencial químico tienden a equilibrarse en un sistema físico aislado del mundo exterior. La entropía es una medida de cuánto ha progresado este proceso. La entropía de un sistema aislado que no está en equilibrio tenderá a aumentar con el tiempo, acercándose a un valor máximo en equilibrio. Sin embargo, los principios que guían a los sistemas que están lejos del equilibrio aún son discutibles. Uno de esos principios es el principio de máxima producción de entropía. Establece que los sistemas que no están en equilibrio se comportan de tal manera que maximizan su producción de entropía.

En la termodinámica clásica, la segunda ley es un postulado básico aplicable a cualquier sistema que involucre la transferencia de energía térmica; en termodinámica estadística, la segunda ley es una consecuencia de la aleatoriedad supuesta del caos molecular. Hay muchas versiones de la segunda ley, pero todas tienen el mismo efecto, que es explicar el fenómeno de la irreversibilidad en la naturaleza.

Autor: Ivan Montañez C.i: 23.825.281