Leyes de termodinámica

La rama de la ciencia llamada termodinámica se ocupa de sistemas que pueden transferir energía térmica al menos a otra forma de energía (mecánica, eléctrica, etc.) o al trabajo. Las leyes de la termodinámica se desarrollaron a lo largo de los años como algunas de las reglas más fundamentales que se siguen cuando un sistema termodinámico experimenta algún tipo de cambio de energía..

Historia de la termodinámica.

La historia de la termodinámica comienza con Otto von Guericke quien, en 1650, construyó la primera bomba de vacío del mundo y demostró un vacío utilizando sus hemisferios de Magdeburgo. Guericke fue impulsado a hacer un vacío para refutar la suposición de Aristóteles de que "la naturaleza aborrece el vacío". Poco después de Guericke, el físico y químico inglés Robert Boyle se enteró de los diseños de Guericke y, en 1656, en coordinación con el científico inglés Robert Hooke, construyó una bomba de aire. Al usar esta bomba, Boyle y Hooke notaron una correlación entre presión, temperatura y volumen. Con el tiempo, se formuló la Ley de Boyle, que establece que la presión y el volumen son inversamente proporcionales. 

Consecuencias de las leyes de la termodinámica

Las leyes de la termodinámica tienden a ser bastante fáciles de enunciar y comprender ... tanto que es fácil subestimar el impacto que tienen. Entre otras cosas, imponen restricciones sobre cómo se puede usar la energía en el universo. Sería muy difícil enfatizar demasiado la importancia de este concepto. Las consecuencias de las leyes de la termodinámica afectan de alguna manera a casi todos los aspectos de la investigación científica..

Conceptos clave para comprender las leyes de la termodinámica

Para comprender las leyes de la termodinámica, es esencial comprender algunos otros conceptos de termodinámica que se relacionan con ellos..

• Descripción general de la termodinámica: una descripción general de los principios básicos del campo de la termodinámica.
• Energía térmica: una definición básica de energía térmica
• Temperatura: una definición básica de temperatura
• Introducción a la transferencia de calor: una explicación de varios métodos de transferencia de calor.
• Procesos termodinámicos: las leyes de la termodinámica se aplican principalmente a los procesos termodinámicos, cuando un sistema termodinámico pasa por algún tipo de transferencia energética..

Desarrollo de las leyes de termodinámica.

El estudio del calor como una forma distinta de energía comenzó aproximadamente en 1798 cuando Sir Benjamin Thompson (también conocido como el Conde Rumford), un ingeniero militar británico, notó que el calor se podía generar en proporción a la cantidad de trabajo realizado ... un concepto fundamental que finalmente se convertiría en una consecuencia de la primera ley de la termodinámica.

El físico francés Sadi Carnot formuló por primera vez un principio básico de termodinámica en 1824. Los principios que Carnot usó para definir su Ciclo de Carnot El motor térmico se traduciría finalmente en la segunda ley de la termodinámica por el físico alemán Rudolf Clausius, a quien también se le atribuye frecuentemente la formulación de la primera ley de la termodinámica..

Parte de la razón del rápido desarrollo de la termodinámica en el siglo XIX fue la necesidad de desarrollar máquinas de vapor eficientes durante la revolución industrial..

Teoría cinética y las leyes de la termodinámica.

Las leyes de la termodinámica no se refieren particularmente al cómo y por qué específicos de la transferencia de calor, lo que tiene sentido para las leyes que se formularon antes de que la teoría atómica fuera completamente adoptada. Se ocupan de la suma total de las transiciones de energía y calor dentro de un sistema y no tienen en cuenta la naturaleza específica de la transferencia de calor a nivel atómico o molecular..

La Ley Zeroeth de Termodinámica

Esta ley cero es una especie de propiedad transitiva del equilibrio térmico. La propiedad transitiva de las matemáticas dice que si A = B y B = C, entonces A = C. Lo mismo ocurre con los sistemas termodinámicos que están en equilibrio térmico..

Una consecuencia de la ley cero es la idea de que medir la temperatura tiene algún significado. Para medir la temperatura, se debe alcanzar el equilibrio térmico entre el termómetro como un todo, el mercurio dentro del termómetro y la sustancia que se está midiendo. Esto, a su vez, permite saber con precisión cuál es la temperatura de la sustancia.

Esta ley se entendió sin ser explícitamente expuesta en gran parte de la historia del estudio de la termodinámica, y solo se dio cuenta de que era una ley en sí misma a principios del siglo XX. Fue el físico británico Ralph H. Fowler quien primero acuñó el término "ley cero", basándose en la creencia de que era más fundamental incluso que las otras leyes..

La primera ley de la termodinámica.

Aunque esto puede sonar complejo, es realmente una idea muy simple. Si agrega calor a un sistema, solo hay dos cosas que se pueden hacer: cambiar la energía interna del sistema o hacer que el sistema funcione (o, por supuesto, alguna combinación de los dos). Toda la energía del calor debe dedicarse a hacer estas cosas..