Termodinamica

LA TERMODINÁMICA Y LAS LEYES QUE LA COMPONEN

Para entender lo que es la termodinámica, empezamos por decir que es una mezcla entre la física y la química la cual hace parte del quehacer científico, en pocas palabras es “calor en movimiento” adicionalmente se puede describir como el estudio de los procesos energéticos en sistemas térmicos: máquinas y reacciones químicas.

Por lo anterior nos resulta un poco difícil de explicar de manera sencilla pero podemos decir que cuando comunicamos un sistema cerrado a una temperatura con otro que se encuentra a otra temperatura se produce un intercambio de materia y energía entre ambos sistemas, ese intercambio de energía y materia es su objeto de estudio.

Al hablar de termodinámica, con frecuencia se usa el término "sistema". El resto, lo demás en el Universo, que no pertenece al sistema, se conoce como su "ambiente". Se consideran varios tipos de sistemas. En un sistema cerrado no entra ni sale masa, contrariamente a los sistemas abiertos donde sí puede entrar o salir masa. Un sistema cerrado es aislado si no pasa energía en cualquiera de sus formas por sus fronteras.

Antes de empezar a establecer conceptos más profundos es necesario establecer una clara distinción entre tres conceptos básicos: temperatura, calor y energía interna. En algunos textos a concepto general nos establece que la temperatura es una medida de la energía cinética media de las moléculas individuales y que el calor es una transferencia de energía, como energía térmica, de un objeto a otro debida a una diferencia de temperatura, además de esto que la energía interna (o térmica) es la energía total de todas las moléculas del objeto, o sea incluye energía cinética de traslación, rotación y vibración de las moléculas, energía potencial en moléculas y energía potencial entre moléculas. A modo más sencillo, Podríamos imaginar dos barras calientes de un mismo material de igual masa y temperatura. Entre las dos tienen el doble de la energía interna respecto de una sola barra. Se podrá notar que el flujo de calor entre dos objetos depende de sus temperaturas y no de cuánta energía térmica o interna tiene cada uno. El flujo de calor es siempre desde el objeto a mayor temperatura hacia el objeto a menor temperatura.

Además de lo anterior expuesto, la termodinámica posee varias áreas que abarca: la primera y más importante es la que explica las tres leyes de la termodinámica, la otra es la termometría, la cual estudia los sistemas y el ambiente, la que estudia el equilibrio térmico de un sistema y la estudia las máquinas térmicas y su rendimiento energético. Todas se relacionan estrictamente con las leyes, las cuales explicaré brevemente: la primera ley es el equivalente de la ley de la conservación de la energía, que nos dice que la energía de un sistema equivale a la energía que el sistema absorbe menos el trabajo realizado por el sistema, en otras palabra si aplicamos calor y el sistema realiza un trabajo, entonces la energía del sistema es la diferencia entre ambos.

La segunda ley nos establece que es imposible que un sistema transforme toda la energía que recibe en trabajo. Es decir el sistema se deja siempre algo de energía. Esta ley es fundamental pues es lo que impide que el tiempo pueda retroceder, que podamos recoger todo un reguero de agua o que podamos regenerar el papel quemado. Esa energía que el sistema se deja se denomina entropía y podemos decir que en otros términos la segunda ley: la entropía en el universo nunca disminuye solo aumenta, para que el tiempo corriese hacia atrás la entropía debería disminuir. Y la tercera ley de la termodinámica nos dice que es imposible alcanzar el cero absoluto utilizando proceso cíclicos físicos. Teóricamente quiere decir que las partículas en movimiento que generan la temperatura nunca pueden estar quietas.

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