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jueves, 11 de agosto de 2011

Las leyes de la termodinámica


LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA

“Cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero se encuentran en equilibrio térmico entre sí”.

La Ley cero de la termodinámica nos dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarán la misma temperatura, es decir, tendrán ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, también alcanzará la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en contacto.

De este principio podemos inducir el de temperatura, la cual es una condición que cada cuerpo tiene y que el hombre ha aprendido a medir mediante sistemas arbitrarios y escalas de referencia (escalas termométricas).

Otra interpretación de la ley cero de la termodinámica establece que:

Si un cuerpo A está en equilibrio térmico con un cuerpo C y un cuerpo B también está en equilibrio térmico con el cuerpo C, entonces los cuerpos A y B están en equilibrio térmico.

Este principio fundamental, aún siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibiese el nombre de principio cero.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Es el principio de conservación de la energía y se define como: “La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma”. 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.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Esta ley indica la dirección en la que deben darse los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario y se define como: “En un sistema aislado la entropía nunca disminuye o su valor siempre es mayor que cero” (Entropía es el grado de desorden de un sistema)

También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas.

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.

TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Esta ley viene a decir que si llevamos un proceso al cero absoluto (−273,15 ºC) su entropía sería cero. Es tanto como decir que los sistemas cuanto más fríos son, más ordenados. Puede formularse también como que “a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico”. Según la tercera ley de la termodinámica, el cero absoluto es un límite inalcanzable. La mayor cámara frigorífica actual sólo alcanza los -271 °C. La razón de ello es que las moléculas de la cámara, al llegar a esa temperatura, no tienen energía suficiente para hacer que ésta descienda aún más.


Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica son sólo generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel cuántico. El demonio de Maxwell ejemplifica cómo puede concebirse un sistema cuántico que rompa las leyes de la Termodinámica. El Demonio de Maxwell es el nombre de una criatura imaginaria ideada en 1867 por el físico escocés James Clerk Maxwell como parte de un experimento mental diseñado para ilustrar la Segunda Ley de la Termodinámica. En la primera formulación el demonio de Maxwell sería una criatura capaz de actuar a nivel molecular seleccionando moléculas calientes y moléculas frías separándolas. El demonio de Maxwell aparece referenciado también como Paradoja de Maxwell.

Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía, es la más sólida y universal de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por las ciencias.

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