Termodinámica

1. Marco teórico

• El calor está definido como la forma de energía que se transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico. sus unidades de medida son el Joule (J) y la caloría (cal) (1 cal = 4,186 J)

• La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor.

• Diferencia de calor y temperatura: El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía molecular media. El calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, del número o del tipo. Por ejemplo, la temperatura de un vaso pequeño de agua puede ser la misma que la temperatura de un cubo de agua, pero el cubo tiene más calor porque tiene más agua y por lo tanto más energía térmica total. la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kevin o escala absoluta , que asocia el valor cero kelvin (0 K).

• Fuentes de calor: Para que un objeto dé calor y se constituya en fuente de calor basta con que esté más caliente que aquellos que lo reciben, ejemplos de fuentes de calor naturales y artificiales:

• El Sol: por propia experiencia sabemos que el Sol proporciona calor de forma natural. Es una enorme bola de fuego que da luz y calor a la Tierra a pesar de la ingente distancia a la que se encuentra.

• El fuego: una hoguera o el quemador de una cocina son fuentes artificiales de calor. La energía que se transforma en calor es la de la combustión que tiene lugar al quemar leña, carbón, butano…

• Las resistencias eléctricas: el paso de la electricidad produce calor debido a la resistencia que oponen las partículas que forman los cables conductores.

Los calentadores, estufas, secadoras, planchas…, están diseñados para aprovechar este fenómeno. La energía que se transforma en calor es la energía eléctrica.

• Los objetos calientes: un objeto caliente transfiere calor por contacto a un cuerpo frío. Por eso cuando sostenemos un vaso de leche caliente, notamos calor en las manos.

• El agua caliente cede calor a la fría cuando se mezclan, y la arena de la playa, en verano, da calor al agua de la orilla, que está más fría a distancia también obtenemos calor de un objeto caliente. Por ejemplo, la calefacción calienta los objetos de las habitaciones de nuestra vivienda.

• Concepto de termodinámica: Se identifica con el nombre de termodinámica a la rama de la física que hace foco en el estudio de los vínculos existentes entre el calor y las demás variedades de energía. Analiza, por lo tanto, los efectos que poseen a nivel macroscópico las modificaciones de temperatura, presión, densidad, masa y volumen en cada sistema.

Es importante subrayar que existe una serie de conceptos básicos que es fundamental conocer previamente a entender cómo es el proceso de la termodinámica. En este sentido uno de ellos es el que se da en llamar estado de equilibrio que puede definirse como aquel proceso dinámico que tiene lugar en un sistema cuando tanto lo que es el volumen como la temperatura y la presión no cambian.

Primera ley de la termodinámica.

También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.

En palabras llanas: "La energía ni se crea ni se destruye: sólo se transforma".

Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolás Leonard Sadi Carnot en 1824, en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y lord kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.

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