Termodinámica | rama de la física que estudia las relaciones entre, calor, temperatura y energía
La termodinámica es una rama de la física que estudia las relaciones entre, calor, temperatura y energía. En la termodinámica se utiliza a menudo una rama de las matemáticas llamada estadística para observar el movimiento de las partículas.
La termodinámica es útil porque nos ayuda a entender cómo el mundo de los átomos muy pequeños se conecta con el mundo a gran escala que vemos todos los días.
La termodinámica también tiene dos ramas principales llamadas termodinámica clásica y termodinámica estadística. Una idea importante en termodinámica es la de sistema termodinámico.
Un ejemplo de sistema termodinámico es un ladrillo. Un ladrillo está formado por muchos átomos que tienen todos sus propias propiedades. Todos los sistemas termodinámicos tienen dos tipos de propiedades, las extensivas y las intensivas. Para el ladrillo, las propiedades extensivas son las que se obtienen sumando todos los átomos. Cosas como el volumen, la energía, la masa y la carga son extensivas porque dos del mismo ladrillo puestos juntos tienen el doble de masa que un ladrillo. Las propiedades intensivas del ladrillo son las que se obtienen mirando la media de todos los átomos. Cosas como la temperatura, la presión y la densidad son intensivas porque dos del mismo ladrillo siguen teniendo la misma temperatura que un ladrillo solo.
Leyes de la termodinámica
Hay cuatro leyes de la termodinámica que dicen cómo se puede mover la energía entre dos objetos en forma de calor. Las leyes de la Termodinámica señalan cómo cambia la energía en un sistema y si éste puede funcionar bien con su entorno.
- Ley zerótica de la termodinámica
Si dos sistemas tienen un flujo de calor igual de ida y vuelta y uno de los dos sistemas tiene un flujo de calor igual de ida y vuelta con otro sistema, los tres sistemas tienen un flujo de calor igual entre sí.
Un aumento de energía en un sistema es lo mismo que la energía que se le da a un sistema en forma de calor o trabajo. La energía no puede crearse ni destruirse, sólo cambiarse. La cantidad de energía dada a un sistema es la misma cantidad de energía tomada del entorno.
Dado un par de sistemas que se tocan con diferentes temperaturas, el calor fluirá de lo caliente a lo frío hasta que la temperatura de los sistemas se iguale.
- Tercera ley de la termodinámica
Cuando un sistema tiene una temperatura de 0 kelvin, el cero absoluto (la temperatura más baja), la entropía (energía que no se puede utilizar para hacer trabajo) está a 0.
Usos de la termodinámica
Antes, la termodinámica se estudiaba para hacer funcionar mejor las máquinas de vapor. Ahora, las ideas de la termodinámica se utilizan en todo, desde la fabricación de motores hasta el estudio de los agujeros negros.
Los científicos utilizan la termodinámica por muchas razones. Una es para fabricar mejores motores y refrigeradores. Otra es comprender las propiedades de los materiales cotidianos para poder hacerlos más resistentes en el futuro. La termodinámica también se utiliza en química para explicar qué reacciones funcionarán y cuáles no (este estudio se conoce como cinética química). La termodinámica es poderosa porque los modelos simples para los átomos funcionan bien para explicar las propiedades de sistemas grandes como los ladrillos.
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Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la termodinámica?
R: La termodinámica es una rama de la física que estudia las relaciones entre el calor, la temperatura y la energía.
P: ¿Cómo se utilizan las matemáticas en la termodinámica?
R: Las matemáticas, concretamente la estadística, se utilizan a menudo en la termodinámica para estudiar el movimiento de las partículas.
P: ¿Cuáles son algunas aplicaciones de la termodinámica?
R: La termodinámica nos ayuda a entender cómo el mundo de los átomos muy pequeños se conecta con el mundo a gran escala que vemos todos los días. También tiene dos ramas principales llamadas termodinámica clásica y termodinámica estadística.
P: ¿Cuál es un ejemplo de sistema termodinámico?
R: Un ejemplo de sistema termodinámico es un ladrillo que consta de muchos átomos con sus propias propiedades.
P: ¿Qué son las propiedades extensivas?
R: Las propiedades extensivas son las que se obtienen al sumar todos los átomos, como el volumen, la energía, la masa y la carga, ya que dos del mismo ladrillo puestos juntos tienen el doble de masa que un ladrillo.
P: ¿Qué son las propiedades intensivas?
R: Las propiedades intensivas son las que se obtienen mirando la media de todos los átomos como la temperatura, la presión y la densidad porque dos del mismo ladrillo siguen teniendo la misma temperatura que un ladrillo solo.
