Concepto, leyes y sistema termodinámico

Te explicamos qué es la termodinámica y en qué consiste un sistema termodinámico. Además, ¿cuáles son las leyes de la termodinámica?

Termodinámica - equilibrio térmico
La energía solo se puede intercambiar de un sistema a otro como calor o trabajo.

¿Qué es la termodinámica?

Se llama termodinámica (del griego Termo«calor y dinamos«poder, fuerza») a la rama de la física que investiga los efectos mecánicos del calor y otras formas similares de energía. Su estudio trata los objetos como sistemas macroscópicos reales, a través del método científico y el razonamiento deductivo, teniendo en cuenta variables extensivas como la entropía, la energía interna o el volumen; así como variables no volátiles como la temperatura, la presión o el potencial químico, entre otro tipo de magnitudes.

Sin embargo, la termodinámica no ofrece ninguna interpretación de las cantidades que examina, y sus objetos de investigación son siempre sistemas en estado de equilibrio, es decir, aquellos cuyas propiedades pueden ser determinadas por elementos internos y menos por fuerzas externas que actúan sobre ellos. Por lo tanto, recuerda que la energía solo se puede intercambiar de un sistema a otro como calor o trabajo.

El estudio formal de la termodinámica comenzó en 1650 gracias a Otto von Guericke, un físico y jurista alemán que diseñó y construyó la primera bomba de vacío, usó sus aplicaciones para refutar a Aristóteles y su máxima de que «la naturaleza aborrece el vacío». Después de esta invención, los científicos Robert Boyle y Robert Hooke refinaron sus sistemas y observaron la correlación entre presión, temperatura y volumen. Así nacieron los principios de la termodinámica.

Ver también: calor específico

sistema termodinámico

termodinámica
Los sistemas abiertos intercambian energía y materia con su entorno.

Un sistema termodinámico es una parte del universo que se utiliza con fines de estudio. conceptualmente aislado del resto y trata de comprender de forma autónoma. Considere las formas en que la energía cambia o se conserva, y al mismo tiempo su intercambio de masa y/o energía con el medio ambiente o con otros sistemas similares (si los hay). Es por tanto un método de estudio de la termodinámica.

El principal criterio de clasificación de estos sistemas se basa en su grado de aislamiento del medio, distinguiendo entre:

  • sistemas abiertos. Aquellos que intercambian libremente energía y materia con su entorno, como lo hacen la mayoría de los sistemas conocidos en la vida cotidiana. Por ejemplo: un coche. Uno proporciona combustible y devuelve gases y calor al medio ambiente.
  • sistemas cerrados. Sin embargo, aquellos que intercambian energía con su entorno no importan. Esto es lo que sucede con un recipiente cerrado como una lata, cuyo contenido no cambia, pero pierde calor con el tiempo y lo libera al aire circundante.
  • sistemas aislados. Aquellas que, en algún grado, no intercambian energía ni materia con el medio ambiente. Por supuesto, no existen sistemas perfectamente aislados, pero en cierta medida existen: un termo de agua caliente aguantará un tiempo su temperatura, lo suficiente para aislarlo durante un tiempo.

Leyes de la Termodinámica

equilibrio termal
La “ley del cero” se expresa lógicamente de la siguiente manera: si A = C y B = C, entonces A = B.

La termodinámica se rige por sus cuatro principios básicos o leyes formuladas por diversos científicos a lo largo de la historia de esta disciplina. Estos principios o leyes son:

  • Primera ley o ley de la conservación de la energía. Establece que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado de su entorno es siempre la misma, aunque se puede convertir de una forma de energía a muchas formas diferentes de energía. En resumen: «La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma».
  • Tercer Principio o Ley del Cero Absoluto. Establece que la entropía de un sistema llevado al cero absoluto siempre será una constante. Esto significa que cuando se alcanza el cero absoluto (-273,15° C o 0 K), los procesos de los sistemas físicos se detienen y la entropía tiene un valor mínimo constante.
  • Principio Cero o Ley del Equilibrio Térmico. Se denomina «Ley Cero» porque, aunque fue la última en aplicarse, los preceptos básicos y fundamentales que establece prevalecen sobre las otras tres leyes. Establece que «cuando dos sistemas están independientemente en equilibrio térmico con un tercer sistema, también deben estar en equilibrio térmico entre sí».

Más en: Leyes de la Termodinámica

termodinámica química

La termodinámica química es un campo de estudio separado, centrado en la relación entre el calor y el trabajo y las reacciones químicas, todo ello enmarcado en lo establecido por los principios de la termodinámica. Es decir, se trata de aplicar las leyes de la termodinámica, en particular las dos primeras, al mundo de las reacciones entre la materia y los compuestos para llegar a las llamadas «ecuaciones fundamentales de Gibbs» que rigen la forma en que las de la energía química contenida en varios cambios y transferencias de compuestos, o cómo…

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