LAS LEYES DE LA TERMODINÁMICA

LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA:

La ley Cero de la termodinámica establece que: Si un cuerpo C, está en equilibrio térmico con otros 2 cuerpos A y B, entonces A y B también están en equilibrio térmico entre ellos.

Recordemos que el equilibrio térmico es cuando dos cuerpos o más tienen la misma temperatura.  Por lo tanto, los 3 cuerpos estarán a la misma temperatura y no habrá intercambio neto de energía entre ellos.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

La 1ra ley de la termodinámica establece que:

“El calor suministrado a un sistema es igual a la suma del incremento en la energía interna de este, más el trabajo realizado por el sistema sobre sus alrededores”.

Es decir, que la energía del calor que se le aplica a un sistema se convierte en energía interna del sistema y en movimiento que provoca sobre su ambiente.

Ejemplo: Cuando calientas la olla tapada de los frijoles, los frijoles se cuecen (aumenta su energía interna) y aumenta la presión sobre la tapa que hace que se mueva (realiza trabajo)

¡Recuerda!

Un sistema termodinámico tiene como propiedades que lo describen a:

1.-Cantidad de calor

          2.-Volumen

          3.-Temperatura

          4.-Presion

Si varias uno de ellos, por lo menos, uno de los otros tiene que “responder” (variar).

TIPOS DE PROCESO TERMODINÁMICOS

Los tipos de procesos termodinámicos son los procesos donde varían las propiedades de un sistema termodinámico y en cada proceso una propiedad es fija.

PROCESO ADIABÁTICO

El calor no varía. Cuando el sistema no recibe ni cede calor.

Esto quiere decir que, si un sistema realiza trabajo positivo (se expande) su energía interna disminuye (-ΔU) y si al sistema lo comprimimos, el trabajo será negativo y la energía interna será positiva (aumenta)

PROCESO ISOCÓRICO

El volumen no vario. Cuando el volumen del sistema permanece constante y no se realiza ningún trabajo.

Esto quiere decir, que, en un proceso isocórico, cuando agregamos calor al sistema, toda esa energía se convierte en energía interna del sistema.

PROCESO ISOBÁRICO

Cuando la presión del sistema permanece constante.

PROCESO ISOTÉRMICO

Cuando la temperatura del sistema permanece constante

Esto quiere decir que, toda la energía del calor que se aplica al sistema se convierte en trabajo que realiza el sistema (que se expande).

¡Recomendación!

Vuelve a leer los tipos de procesos y piensa como se le hace para que no varie el factor fijo.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Debido a que la 2da ley de la termodinámica ha sido expresada en dos tipos de versiones, vamos a separar la explicación de cada una:

IDEA INTUITIVA DE LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA (primera versión)

El segundo principio de la termodinámica surge de la observación de la mayoría de fenómenos que observamos en nuestra realidad.

Es decir:

1.- Nuestra taza de café se enfría cuando interactúa con un ambiente de menor temperatura.

2.- Si nos frotamos las manos, nuestras manos se calientan, pero nunca veremos que, si calentamos nuestras manos, estas se muevan.

Fíjate muy bien que todos estos tipos de procesos pasan de un tipo de estado a otro tipo.

“Pasan de un estado organizado de energía a otro estado desorganizado”.

Un estado desorganizado de energía es aquel donde ya no podemos utilizar la energía, así como esta, tendríamos que realizar algún trabajo, para volverla a organizar.

A esta energía desorganizado le llamamos “Entropía”.

DEFINICIÓN FORMAL DE LA 2DA LEY DE LA TERMODINÁMICA (primera versión)

La 2da ley de la termodinámica establece que:

“En un cambio de estado en equilibrio a otro, el estado en equilibrio resultante será aquel que tenga el valor máximo de una cantidad llamada “Entropía”.”

IDEA INTUITIVA DE LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA (segunda versión versión)

MAQUINAS TÉRMICAS Y EFICIENCIA TÉRMICA

Uno de los procesos termodinámicos mas importantes en nuestra sociedad, es la capacidad de transformar calor en trabajo. Es decir, gracias a la combustión o a la energía nuclear, podemos obtener trabajo, como los carros a gasolina, los reactores nucleares, etc.

Así que los humanos hemos inventado un tipo de máquinas para obtener trabajo del calor.

Una maquina térmica es un dispositivo especial que recibe calor para transfórmalo en trabajo.

EFICIENCIA DE UNA MAQUINA TÉRMICA

La eficiencia de un maquina térmica es la relación entre el trabajo mecánico producido y el calor suministrado.

Es decir, la eficiencia de una maquina térmica es la fracción del calor suministrado a la maquina que si se convierte en trabajo mecánico.

Y se expresa matemáticamente de la siguiente forma:

FORMULA DE LA EFICIENCIA DE UNA MAQUINA TÉRMICA

DEFINICIÓN FORMAL DE LA 2DA LEY DE LA TERMODINÁMICA (segunda versión)

La 2da ley de la termodinámica establece que:

“Es imposible construir una maquina térmica que absorba calor de una fuente de temperatura constante y lo convierta totalmente en trabajo mecánico”

Es decir; en todas las maquinas térmicas, una parte del calor inicial proporcionado a la maquina NO se transforma en trabajo, sino que se desperdicia y es expulsado del sistema.

Y términos de eficiencia térmica, la 2da ley de la termodinámica establece que:

“Es imposible construir una maquina térmica con 100 % de eficiencia térmica”.

TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

La tercera ley de la termodinámica, también llamado el Postulado de Nernst, es una ley un poco diferente a las anteriores, y que incluso en algunos libros no la consideran como la tercera ley, sino como un principio aparte.

Sin embargo, la mencionamos aquí:

Esta ley también tiene dos expresiones diferentes:

1era expresión:

“La entropía de un sistema se aproxima a un valor mínimo y constante, cuando la temperatura se aproxima al cero absoluto”.

2da expresión:

“No se puede alcanzar el cero absoluto en un numero finito de etapas”.

Ejemplos de las Leyes de la Termodinámica:

1.- Determina el incremento en la energía interna de un sistema que se le ha suministrado 600 calorías y un trabajo de 450 J.

         Primero determinamos la formula a utilizar

         Después convertimos las calorías en términos de energía:

         Después despejamos nuestra incógnita y sustituimos nuestros valores:

         Realizamos las operaciones y obtenemos:

Mas ejemplos, ejercicios y preguntas clave de examen, en nuestras guías digitales.