Leyes De La Termodinamica

INTRODUCCIÓN

Cuando un rayo de sol penetra a través de una ventana, una hormiga gatea por una acera, o un auto va por la calle, hay un cambio en energía. Cambios de energía se dan tan frecuentemente que ni siquiera nos percatamos de ello. Sin embargo, durante miles de años el concepto de energía ha sido mal comprendido. Las culturas antiguas asociaban el fuego con todas las formas de energía, y el filósofo griego Heraclíto (~500 a.C.) explicó todo lo que pasaba en el universo en términos de energía. En los siglos que siguieron, muchos científicos propusieron teorías para explicar el concepto de energía, pero ninguno dio verdaderas luces sobre el tema. En 1686, el famoso matemático y físico Sir Isaac Newton delineó tres axiomas (o leyes) que describen el comportamiento de los cuerpos en movimiento. Las 'Leyes del Movimiento' de Newton fueron la primera descripción precisa de las fuerzas que afectan los objetos que se mueven y, por consiguiente, fueron la primera descripción precisa de la energía de los objetos que se mueven (llamada energía mecánica). Los axiomas de Newton establecieron la base de nuestro conocimiento de la energía y las fuerzas.

A continuación se presenta una serie de conceptos, en términos explicativos sobre lo que es la energía y algunos de los factores que ayudan al proceso de transformación en ella; las leyes de la termodinámica como tales y breves explicaciones de las mismas.

Las leyes de la Termodinámica.

Conceptos básicos:

La termodinámica se define como la ciencia de la energía. La palabra termodinámica proviene de los vocablos griegos thermos (calor) y dinamycs (potencia), que describe los primeros esfuerzos por convertir el calor en potencia. Hoy en día el mismo concepto abarca todos los aspectos de la energía y sus transformaciones, incluidas la producción de potencia, la refrigeración y las relaciones entre las propiedades de la materia. Fija su atención en el interior de los sistemas físicos, en los intercambios de energía en forma de calor que se llevan a cabo entre un sistema y otro.

Energía: Hay muchas formas diferentes de energía: energía mecánica, energía eléctrica, energía que proviene del calor, energía que proviene de la luz, entre muchas otras. Cada una de estas formas de energía tienen en común la habilidad de causar algún tipo de cambio o forma de hacer una labor. En realidad, la energía se define como la habilidad de causar cambio o hacer una labor. Por ejemplo, cuando un rayo de sol penetra a través de una ventana causa un cambio porque calienta el interior de la casa. En un auto, la energía le permite a la máquina trabajar al mover las ruedas. Casi siempre que algo se mueve o cambia, se usa energía.

Trabajo: El trabajo en termodinámica siempre representa un intercambio de energía entre un sistema y su entorno. (Abbott y Vanness). Cuando un sistema sufre una transformación, este puede provocar cambios en su entorno. Si tales cambios implican el desplazamiento (variación) de las fuerzas que ejerce el entorno sobre el sistema, o más precisamente sobre la frontera entre el sistema y el entorno, entonces ha habido producción de trabajo. Dependiendo del origen físico de las fuerzas aplicadas al sistema se distinguen diferentes formas de trabajo realizado. (Thellier y Ripoll)]

El trabajo tiene dimensiones de energía y representa un intercambio de energía entre el sistema y su entorno. Por convención se considera que el trabajo realizado por el sistema es positivo y el trabajo efectuado sobre el sistema es negativo.

Calor: El calor, al igual que el trabajo, se considera en termodinámica como energía en tránsito a través de la frontera que separa a un sistema de su entorno. Sin embargo, a diferencia del trabajo, la transferencia de calor se origina por una diferencia de temperatura entre el sistema y su entorno y el simple contacto es el único requisito para que el calor sea transferido. El calor se considera positivo cuando fluye hacia el sistema, cuando incrementa su energía interna. El calor se considera negativo cuando fluye desde el sistema, por lo que disminuye su energía interna. Cuando no hay intercambio de energía (en forma de calor) entre dos sistemas, decimos que están en equilibrio térmico. Las moléculas individuales pueden intercambiar energía, pero en promedio, la misma cantidad de energía fluye en ambas direcciones, no habiendo intercambio neto. Para que dos sistemas estén en equilibrio térmico deben de estar a la misma temperatura.

 Primera ley de la termodinámica.

El físico alemán Julius von Mayer (1814-1878) establece la primera ley o primer principio de la termodinámica, que afirma que el calor y el trabajo son interconvertibles.

La primera ley de la termodinámica, es la aplicación del principio de conservación de la energía, a los procesos de calor y termodinámico

Afirma que, como la energía no puede crearse ni destruirse (dejando a un lado las posteriores ramificaciones de la equivalencia entre masa y energía) la cantidad de energía transferida a un sistema en forma de calor y la cantidad de energía transferida en forma de trabajo sobre el sistema debe ser igual al aumento de la energía interna del sistema. El calor y el trabajo son mecanismos por los que los sistemas intercambian energía entre sí:

Calor - Trabajo = Energía Interna

Cuando un sistema se pone en contacto con otro de menor nivel energético que él, tiene lugar un proceso de igualación de los niveles energéticos de ambos. El primer principio de la termodinámica identifica el calor, como una forma de energía. Puede convertirse en trabajo mecánico y almacenarse. Se podría objetar que esta ley es una aproximación corregida por la teoría de la relatividad; que, en lugar de la energía, lo que se conserva es la combinación de masa y energía.

Definición matemática de la primera ley de la termodinámica: “La variación en la energía interna de un sistema es igual a la diferencia entre el calor

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