En esta ocasión, estudiaremos el concepto de termodinámica, explicando a qué se dedica esta rama de la física, sus leyes fundamentales y sus aplicaciones en la modernidad.
¿Qué es la termodinámica?
La termodinámica es una sección de la física que estudia los efectos producidos por las variaciones de presión, volumen y temperatura de los sistemas físicos y materiales (porciones de materia, conjunto de cuerpos, un material, etc.). De hecho, la palabra termodinámica está compuesta por “termo” y “dinamia”, que se refieren al calor y al movimiento, que es precisamente lo que estudia esta disciplina: el movimiento de calor en los cuerpos.
Gracias al desarrollo de esta práctica, se han estudiado los diversos fenómenos físicos involucrados en estos procesos, por lo que se ha aplicado en diversos momentos para generar mejoras en la productividad y la tecnología en la industria.
¿Qué estudia la termodinámica?
La termodinámica estudia y clasifica las interacciones entre diferentes sistemas termodinámicos. Un sistema termodinámico posee propiedades que determinan la energía interna, así como también los potenciales termodinámicos, y se relacionan mediante ecuaciones de estado. Con esta información, se podrán determinar las condiciones para el equilibrio entre los sistemas que interactúan, los procesos espontáneos o el intercambio de energía.
El estudio de la termodinámica involucra los siguientes conceptos y leyes, que son las que permiten determinar los cambios en los sistemas:
- Leyes de la termodinámica: Son las que definen cómo la energía se intercambia en los sistemas físicos a través de calor o trabajo.
- Entalpía: Es una función de estado relacionada a la absorción de energía, ya que la cantidad de calor que se suministra a un sistema aumenta su entalpía y le permite realizar un trabajo externo.
- Entropía: Define el desorden en el que se mueven las partículas internas, es decir, su energía cinética.
Las leyes de la termodinámica
Los postulados de estas leyes fundamentales de la termodinámica:
- Principio cero: La ley cero de la termodinámica postula que al entrar en interacción dos sistemas en equilibrio térmico, compartirán propiedades que podrán cuantificarse. Es decir, si dos sistemas térmicos están en equilibrio con otro sistema, van a estar en equilibrio entre sí, y la propiedad que compartirán es la temperatura. En esto se basa el principio de conservación de energía.
- Primer principio: La primera ley de la termodinámica afirma que al ponerse dos cuerpos en contacto, de diferentes temperaturas, se producirá un estado de equilibrio mediante la transferencia de calor del cuerpo más caliente al más frío hasta igualar temperaturas. De esa manera, la variación de la energía interna de un sistema termodinámico cerrado es igual al diferencial entre el calor suministrado al sistema y el trabajo realizado por el sistema en el ambiente.
- Segundo principio: Esta ley se relaciona directamente con la primera, ya que postula que la transferencia de calor siempre va del cuerpo de mayor temperatura al de menor.
- Tercer principio: Establece que la entropía va siempre en aumento y que es imposible alcanzar una entropía de cero en procesos finitos de transformaciones.
Usos y aplicaciones de la termodinámica
Estas son algunas de las aplicaciones de la termodinámica dentro de los procesos de ingeniería, ciencias y transporte, entre otros:
- Cocciones: La cocina y la alimentación son la forma más sencilla de ver procesos termodinámicos, ya que mediante la temperatura se logran transformaciones fisicoquímicas.
- Energías alternativas: Mediante el estudio termodinámico se logran los cálculos y diseños para lograr energía solar térmica, basada en el intercambio de calor.
- Aplicaciones industriales: Relacionadas con la termodinámica, ya que el proceso de conversión de materias primas en productos requieren de maquinaria, energía y transformación.
- Ciencia de los materiales: En la obtención de nuevos materiales, se estudian las propiedades físicas y químicas para los procesos químicos a aplicar en dichos procesos.
- Generación de electricidad: En las centrales térmicas se usan los principios termodinámicos para la acción de turbinas de vapor, así como de generadores eléctricos.
