Un aspecto muy importante de la física son las leyes de la termodinámica. Si te estás preparando para un examen muy importante en la universidad, pero no te queda claro qué son las leyes de la termodinámica, cuáles son sus principios y las principales características de cada ley. Este artículo es para ti.
Todo sobre las leyes de la termodinámica
Lo primero que debes de saber es que las leyes de la termodinámica son un elemento clave para entender el mundo de la física.
El propósito principal de las leyes de la termodinámica es describir el comportamiento de la entropía, la energía y la temperatura, los cuales forman parte de los sistemas termodinámicos. ¿Sabías que la palabra “termodinámica” tiene su origen en las palabras griegas thermos y dynamos, cuyos significados son calor y fuerza?
Estas leyes se dividen en cuadro y se consideran vitales para entender las leyes de la física del espacio y otros fenómenos, por ejemplo, el movimiento perpetuo. En la siguiente sección vamos a hablar sobre el origen y las cuatro leyes de la termodinámica.
Inicios de las leyes de la termodinámica
No todas las leyes tuvieron el mismo origen, hay unas que surgieron a partir de otras. Este es el caso de la primera ley. En 1824, Nicolás Léonard Sadi Carnot fue el físico en darle vida a la segunda ley de la termodinámica, en aquel entonces era la primera, pero años más tarde, en 1860, Rudolf Clausius y William Thompson reformularon este principio y así crearon la primera ley. A principios del siglo 18 surge la tercera ley, también conocida como “el postulado de Nerst” gracias al físico Walther Nernst.
Por último, la cuarta ley o ley “cero” surgió en el año 1930 por los físicos Guggenheim y Fowler. Sin embargo, creemos oportuno mencionar que no todos los ámbitos de la ciencia aceptan esta ley como verdadera.
¿Cuál es la primer ley termodinámica?
El primer principio de la termodinámica, los científicos también le llaman el fundamento de la conservación de la energía, dice que la cantidad total de energía no varía, siempre es la misma en un sistema físico aislado, a pesar de que se pueda convertir en una forma de energía distinta. En palabras más sencillas, la energía no nace ni se destruye, sólo se convierte.
En términos físicos, el primer fundamento de la termodinámica hace referencia al hecho de suministrar una cantidad específica de calor o energía (Q) a la materia física, a la cantidad total de calor acumulado se podrá calcular con la siguiente fórmula, ΔU = Q – W, donde W es el trabajo efectuado por el sistema en su entorno.
Un ejemplo sencillo y básico puede ser el motor de un avión. El sistema termodinámico conta de combustible que crea una reacción química durante la combustión, esta reacción libera calor y se realiza un trabajo que es poner el avión en movimiento.
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¿Cuál es el segundo principio de la termodinámica?
El segundo fundamento de la termodinámica, el cual también se le menciona como ley de la entropía, señala que todos los sistemas físicos sufrirán de un desequilibrio eventualmente con el tiempo suficiente. Una explicación breve de la segunda ley de termodinámica es que la entropía en el espacio tiene tendencia a incrementar en el tiempo. En los sistemas existe un grado de desorden que crece hasta alcanzar el equilibrio, a esto se le conoce como el estado mayor de desorden del sistema físico.
La fórmula de la segunda ley de termodinámica es : dS ≥ dQ / T. Donde la entropía (dS) equivale igual o más al traspaso de energía (dQ), y se divide por la temperatura (T) del sistema físico. Para ejemplificar imagina que una cantidad específica de materia se quema, juntas las cenizas y al pesarlas se concluye que hay menos materia que al principio. Esto es porque una porción de la materia se transformó en calor, y a su vez en gas, contribuyendo al desorden.
¿Cuál es el tercer principio de la termodinámica?
El tercer fundamento termodinámico señala que la cantidad total de entropía en la materia puede alcanzar el cero absoluto y a esto se le considera como una constante definida, o en otras palabras, cuando la materia física alcanza el cero absoluto, todos los procesos se detienen.
Es de conocimiento general que es muy complicado alcanzar el cero absoluto (-273,15 ° C), sin embargo, se puede hacer la comparación con lo que sucede dentro de un congelador. Cuando guardamos alimentos en un congelador se enfrían tanto que sus procesos bioquímicos se ralentizan e incluso se detienen por completo. Es por eso que la comida congelada tarda mucho tiempo en descomponerse.
¿Cuál es el cuarto principio de la termodinámica?
El cuarto principio de termodinámica se ganó el nombre de “ley cero” por ser la última en surgir. En el mundo de las ciencias exactas también se le menciona como el fundamento del equilibrio térmico. Esta ley establece que si un par de sistemas poseen un equilibrio térmico con un tercer elemento o sistema, esto quiere decir que de igual manera existe un equilibrio térmico entre ellos. En términos de fórmula se dice que si A = C y B = C, entonces A= B.
En términos sencillos se puede decir que una vez que dos cuerpos con diferentes temperaturas entran en contacto, éstos pueden intercambiar calor hasta que se igualen sus temperaturas.
Un ejemplo sencillo de la cuarta ley de termodinámica puede ser cuando tomamos una ducha con agua fría o caliente, vas a notar la diferencia de temperatura en los primeros segundos, después tu cuerpo crea un equilibrio térmico con el agua. La misma situación pasa cuando entras a una habitación fría, al principio sientes el contraste de temperatura, pero después te acostumbras.
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Física no es una asignatura sencilla, pero esperamos que este artículo te haya ayudado a entender un poco más cómo funcionan las leyes de termodinámica.
