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Leyes de la termodinámica

Publicado por: Paúl Miguel Ortega González, en Sep 18, 2020

 

Leyes de la termodinámica

   Las leyes de la termodinámica son un conjunto de leyes sobre las que se basa la termodinámica. En concreto, se trata de cuatro leyes que son universalmente válidas cuando se aplican a sistemas que caen dentro de las restricciones implícitas en cada uno.

   Con el tiempo, estos principios se han convertido en "leyes". 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.

   Curiosamente, la ley cero se formuló después de haber enunciado las otras tres leyes de la termodinámica y es una consecuencia de todas ellas. Por esta razón, tiene la posición 0.

¿CUÁLES SON LAS LEYES DE LA TERMODINÁMICA?

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

LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA

   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. El principio 0 no fue formulado formalmente hasta después de haber enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibe la posición 0.

¿QUÉ SIGNIFICA QUE UN PROCESO ESTÁ EN EQUILIBRIO TERMODINÁMICO?

   El equilibrio termodinámico de un sistema termodinámico se define como la condición del mismo en el que las variables empíricas utilizadas para definir un estado del sistema han llegado a un punto de equilibrio. Al estar en equilibrio, no varían a lo largo del tiempo.

   A estas variables empíricas (experimentales) de un sistema se les conoce como coordenadas termodinámicas del sistema. Entre otras variables empíricas tenemos: presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, etc.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

“La energía total de un sistema aislado ni se crea ni se destruye, permanece constante”.

   Se puede pasar de una forma de energía a otra pero la energía ni se crea ni desaparece. Por ejemplo, en un motor térmico se puede convertir la energía térmica de la combustión en energía mecánica.

   La primera ley de la termodinámica también se conoce como ley de la conservación de la energía. 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 cantidad de 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. Por ejemplo, la transferencia de calor se puede producir de un cuerpo caliente a otro frío, pero no a la inversa.

    También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo a otro sin pérdidas. Por ejemplo, en un motor ideal, la cantidad de calor suministrada se convierte en trabajo mecánico. Sin embargo, en un motor real, parte del calor suministrado se pierde.

    Esta ley permite definir la entropía. La variación de la cantidad de entropía de un sistema termodinámico aislado siempre debe ser mayor o igual a cero y sólo es igual a cero si el proceso es reversible.

   La primera y segunda leyes de la termodinámica surgieron simultáneamente en la década de 1850. Principalmente fue el resultado de las obras de William Rankine, Rudolf Clausius y William Thomson (Lord Kelvin).

TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

   La tercera de las leyes de la termodinámica afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. El cero absoluto equivale a 0 kelvin, es decir, a -273 grados Celsius. Esta ley fue propuesta por Walther Nernst.

Cuando la temperatura tiende a cero absoluto, la entropía de cualquier sistema tiende a cero

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

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