Leyes de la Termodinámica

Carlos Vire
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Leyes de la Termodinámica
1 Primer Ley de la Termodinámica
1.1 La primera ley de la termodinámica nos dice únicamente que la energía se conserva, por lo cual, no se crea ni se destruye. Entonces esta ley expresa que, cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinámico, el calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa.Con ella sólo podemos saber que no se ha perdido, sino que, aunque no nos da pista sobre dónde podría estar una vez se utilizó y transformó en otro tipo de energía, está presente en algún lugar del universo.
1.1.1 Es decir Q = W, en que Q es el calor suministrado por el sistema al medio ambiente y W el trabajo realizado por el medio ambiente al sistema durante el ciclo.
1.1.2 La primera ley para un sistema
1.1.2.1 En este caso, el sistema podría ser el agua contenida en un recipiente, y el medio ambiente todo lo que rodea el recipiente, que serian desde la cocina en donde descansa el recipiente con agua hasta el quemador que le suministra calor, en fin, la atmósfera y todo lo que esté fuera del recipiente.En
1.1.3 Formulación de la primera ley para un sistema
1.1.3.1 La primera ley expresa que el calor, suministrado por el medio ambiente (el quemador de la cocina) a un sistema (el agua contenida en el recipiente) es igual al cambio de la energía interna en el interior del liquido (agua en este caso) sumada al trabajo que el agua realiza cuando al hervir mueve la tapa contra el medio ambiente.
1.1.4 La energía interna
1.1.4.1 Cuando el agua está hirviendo, hace que la tapa del recipiente realice el trabajo. Pero esto lo hace a costa del movimiento molecular, lo que significa que no todo el calor suministrado va a transformarse en trabajo, sino que parte se convierte en incremento de la energía interna, la cual obedece a la energía cinética de traslación, vibración y potencial molecular. Por lo que la fórmula anterior que mencionamos también tendría que incluir a la energía interna.
2 Segunda Ley de la Termodinámica
2.1 Esta ley regula 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 concentrase 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 tal 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.
2.1.1 Enunciado de Clausius: El refrigerador
2.1.1.1 No es posible construir un dispositivo que funcione en un ciclo y que pueda suministrar calor de un depósito de baja temperatura a otro de alta temperatura de forma natural, esto no contradice la primera ley, solo que nunca sea observado. Tal situación permitiría calentar una taza de café en el interior de un congelador o ver como el agua en un recipiente se congela en un día cálido. Por esta razón, es necesario que participe cierta cantidad de trabajo. La maquina (refrigerador) recibirá cierta cantidad de trabajo realizado por un compresor, para extraer calor del depósito de baja temperatura hacia el de alta temperatura mediante una sustancia refrigerante que transporte el calor.
3 Tercera Ley de la Termodinámica:
3.1 Esta ley establece que es imposible conseguir el cero absoluto de la temperatura 0 grados Kelvin, cuyo valor es igual a - 273.15°C. Alcanzar el cero absoluto de la temperatura también seria una violación a la segunda ley de la termodinámica, puesto que esta expresa que en toda máquina térmica cíclica de calor, durante el proceso, siempre tienen lugar pérdidas de energía calorífica, afectando asi su eficiencia, la cual nunca podrá llegar al 100% de su efectividad.
3.1.1 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 la ciencia.
3.1.2 Ciclo reversible: un ciclo ideal
3.1.2.1 En este ciclo una maquina térmica recibe calor de un depósito de alta temperatura y lo expulsa hacia un depósito de baja temperatura. Como se trata de depósitos térmicos, las temperaturas de alta y baja son constantes, sin importar la cantidad de calor recibido y cedido por la máquina térmica y cuyos procesos se denominan isotérmicos (igual temperatura).
4 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.
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