Principios de la termodinámica – Qué es, definición y concepto


Los principios de la termodinámica refieren a cuatro enunciados centrados en cantidades físicas que resultan primordiales para establecer las características de un sistema termodinámico. En estos enunciados se alude a la entropía, la energía y la temperatura, cuestiones claves para analizar el comportamiento de uno de estos sistemas frente a determinadas circunstancias.

Antes de profundizar en dichos contenidos es muy importante tener en claro que termodinámica es la denominación que recibe una especialidad dentro de la Física que centra su atención en el trabajo, la temperatura y el calor, vinculando entre sí a estas magnitudes y asociándolas con otras cuestiones propias de la materia. Por proceso termodinámico, en tanto, se entiende a toda variación evidenciada en el estado de un cierto sistema, mientras que la noción de equilibrio termodinámico se aplica cada vez que un sistema, influenciado por algunas condiciones del entorno, se torna de cambiar de estado de modo espontáneo. Saber cuáles son las variables de estado (o variables termodinámicas) ayuda a entender mejor el tema. Si tomamos como referencia un gas, entonces las referencias a considerar pasarán por la presión, el volumen, la temperatura y la masa.

En el campo de la termodinámica hay leyes (o principios) que están focalizadas en cuestiones como la entropía, la energía y la temperatura asociadas a un sistema termodinámico que se halla en equilibrio.

Cuáles son los principios de la termodinámica

A continuación describiremos cuáles son los principios de la termodinámica y sumaremos datos de interés que contribuyan a comprender mejor el sentido y las aplicaciones de cada uno.

En primer lugar aparece la llamada ley cero de la termodinámica. En este caso se hace hincapié en la temperatura (no para medirla sino con el fin de brinda un parámetro) planteando que si hay un par de sistemas termodinámicos o cuerpos que, de manera independiente, se encuentran en equilibrio térmico con otro sistema, entonces entre sí debe darse también el equilibrio térmico.

El primer principio de la termodinámica, por su parte, está destinado a la conservación de la energía. Indica que, al acumular energía interna, un sistema cerrado es capaz de concretar un intercambio de energía con su entorno en forma tanto de transferencia de calor como de realización de un trabajo mecánico.

Hay asimismo un segundo principio de la termodinámica, en el cual consiguen notoriedad el intercambio de calor y la entropía. Este enunciado conduce hacia la irreversibilidad de los fenómenos de carácter físico. Además lleva a concluir que, en un sistema aislado, solo habrá chances de que la entropía se mantenga constante (de existir algún proceso reversible) o se incremente.

Así como existen múltiples tipos de termómetros, se reconocen diversas escalas de temperatura, entre las cuales pueden vincularse el grado Kelvin y el afamado Celsius.

En último lugar se sitúa el tercer principio de la termodinámica, que para muchos expertos no tendría que valorarse como ley sino que es más preciso mencionarlo como postulado de Nernst. Más allá de esto, el contenido explica que, de haber un número finito de etapas, no es posible conquistar el cero absoluto ya que, en ese caso, se frena toda clase de proceso vinculado a un sistema físico además de registrarse, en esa instancia, un valor acelerado y mínimo de la entropía (que, en una sustancia de características cristalinas y puras, se torna nula en la posición de cero absoluto).

Tras citar múltiples conceptos es necesario informar acerca de una propiedad de los sistemas termodinámicos: las funciones de estado. Dentro de este conjunto están la entropía y la energía interna, pero no son parte de él el trabajo mecánico ni el calor.

Termodinámica de gases

El estudio de la termodinámica de gases insta a examinar el comportamiento de éstos frente a variaciones de energía, presión, volumen y temperatura.

Gana notoriedad, en este contexto, la ley de los gases ideales basada en la ecuación de estado del denominado gas ideal junto a las bases de la teoría cinética de los gases. De igual modo, al sumar precisiones al respecto aparecen como cuestiones a considerar la ley de Boyle-Mariotte (detallando un proceso isotérmico), la ley de Gay-Lussac (sobre el proceso isocórico) y la ley de Charles (proceso isobárico). Como complemento conviene conocer en detalle qué dice y para qué sirve la ley de Avogadro sin dejar en segundo plano a la teoría cinética de los gases.

Cabe destacar también que, cuando se trabaja con fluidos, hay que tener como recurso a disposición la ecuación de Van der Waals.

Un cuerpo negro que se encuentra en equilibrio termodinámico es emisor de radiación térmica. Esta clase de radiación es una de las principales vías de transferencia de calor.

Valor de los principios de la termodinámica

El valor de los principios de la termodinámica radica en su importancia al momento de comprender cómo van desarrollándose, y con qué particularidades, las transformaciones y los intercambios de energía en un proceso termodinámico.

Estas leyes aclaran dudas, brindan respuestas y logran tener numerosos campos de aplicación o aprovechamiento. Solamente con pensar en la influencia de la temperatura y sus variaciones podemos citar como ejemplos a la necesidad de conservar productos alimenticios en una heladera (o nevera) para mantenerlos en buen estado a través de la refrigeración o al uso de un equipo de aire acondicionado para generar un ambiente fresco en un entorno cerrado durante días de calor extremo o al revés: la intención de prender la calefacción en hogares, establecimientos educativos y otros recintos cuando hace mucho frío. Incluso la utilización de un termómetro para averiguar la temperatura corporal está conectada con estos principios que hacen hincapié en el equilibrio térmico y en la transferencia de calor, por ejemplo.

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