Primera ley de la termodinámica
También conocida como principio
de conservación de la energía para la termodinámica «en realidad el primer
principio dice más que una ley de conservación», establece que si se realiza
trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía
interna del sistema cambiará. 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 Nicolas
Léonard 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 Loreto Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática,
las bases de la termodinámica.
La ecuación general de la
conservación de la energía es la siguiente:
Que aplicada a la termodinámica
teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:
Donde U es la energía interna del
sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el
trabajo realizado por el sistema.
Esta última expresión es igual de
frecuente encontrarla en la forma ∆U = Q + W.
Segunda ley de la termodinámica
Esta ley arrebata la dirección en
la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la
imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una
mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño
volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir
completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma,
la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que
hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer
Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una
magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado
(que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la
entropía siempre debe ser mayor que cero.
Debido a esta ley también se
tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los
cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un
equilibrio térmico.
La aplicación más conocida es la
de las máquinas térmicas, que obtienen trabajo mecánico mediante aporte de
calor de una fuente o foco caliente, para ceder parte de este calor a la fuente
o foco o sumidero frío. La diferencia entre los dos calores tiene su
equivalente en el trabajo mecánico obtenido.
Tercera ley de la termodinámica
La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesta por Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto.
Conclusión
La Termodinámica se ocupa de estudiar procesos y propiedades macroscópicas de la materia y no contiene ninguna teoría de la materia.
Referencias
Física, Dinámica, Estática & Termodinámica
Universidad Autónoma de Nuevo León
Autor: Jose Luis Aguisar Nava
Instituto de Física del plasma
http://www.lfp.uba.ar/new/index.html
Wikipedia.
Conclusión
La Termodinámica es el estudio de las propiedades de sistemas de gran escala en equilibrio en las que la temperatura es una variable importante.
Varios términos que hemos usado aquí: sistemas, equilibrio y temperatura serán definidos rigurosamente más adelante, pero mientras tanto bastará con su significado habitual.
En la Termodinámica hay dos leyes básicas, y ambas se pueden enunciar de modo de negar la posibilidad de ciertos procesos.
La Primera Ley establece que es imposible un proceso cíclico en el cual una máquina produzca trabajo sin que tenga lugar otro efecto externo, es decir niega la posibilidad de lo que se suele llamar “máquina de movimiento perpetuo de primera especie”.
La Segunda Ley no se puede enunciar de modo tan preciso como la primera sin una discusión previa. Sin embargo, hecha la salvedad que ciertas definiciones se deben dar todavía, podemos decir que la Segunda Ley establece que es imposible un proceso cíclico en el cual una máquina realice trabajo intercambiando calor con una única fuente térmica.
Referencias
Física, Dinámica, Estática & Termodinámica
Universidad Autónoma de Nuevo León
Autor: Jose Luis Aguisar Nava
Instituto de Física del plasma
http://www.lfp.uba.ar/new/index.html
Wikipedia.
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