Para comprender esta ley, observemos la figura 11.22
Esta ley nos explica que cuando un sistema se pone en contacto con otros, al transcurrir el tiempo, la temperatura sera la misma, porque se encontraran en equilibrio térmico.Otra forma de expresar la Ley Cero de la Termodinámica es la siguiente:
La temperatura es una propiedad que posee cualquier sistema termodinámico y existirá equilibrio térmico entre dos sistemas cualesquiera, si su temperatura es la misma.
Primera ley de la Termodinámica
Con el descubrimiento hecho por Joule acerca del equivalente mecánico del calor se demostró que la energía mecánica se convierte en energía térmica, cuando por fricción aumenta la energía interna de un cuerpo, y que la energía térmica se puede convertir en energía mecánica sin un gas encerrado en un cilindro se expande y mueve un embolo, con esto, ha sido posible establecer claramente la ley de la conservación de la energía.
Esta ley, aplicada al calor, da como resultado el enunciado de la Primera Ley de la Termodinámica que dice: la variación en la energía interna de un sistema es igual a la energía transferida a los alrededores o por ellos en forma de calor y de trabajo, por lo que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
Matemáticamente la Primera Ley de la Termodinámica se expresa como:
dU = Q-W
donde: dU= variación de la energía interna del sistema expresada en calorías(cal) o Joules(J)
Q= calor que entra o sale de l sistema medido en calorias(cal) o Joules(J)
W= trabajo efectuado por el sistema o trabajo realizado sobre este expresado en calorias(cal) o joules(J)
El valor de Q es positivo cuando entra calor al sistema y negativo si sale de el. El valor de W es posible si el sistema realiza trabajo y negativo si se efectúa trabajo de los alrededores sobre el sistema. Así pues, si un sistema acepta cierta cantidad de calor Q y realiza un trabajo W sobre alrededores, el cambio en su energía interna sera igual a: Q-W = dU.
En la figura 11.24 vemos un sistema formado por un gas dentro de un cilindro que contiene un embolo. Al suministrarle calor al cilindro, la energía interna del sistema aumenta, pero si el gas ejerce una fuerzan suficiente sobre el embolo y lo desplaza se habrá realizado un trabajo del sistema sobre los alrededores. Por tanto, la variación de la energía interna del sistema sera igual al calor que haya absorbido, menos el trabajo realizado en la expansión del gas.
Al suministrar calor a un sistema formado por un gas encerrado en un cilindro hermético, el volumen permanece constante(proceso isocórico), y al no realizar ningún trabajo todo el calor suministrado al sistema aumentara su energía interna:
dU= Uf-Ui=Q
Segunda Ley de la Termodinámica
La energía calorífica no fluye en forma espontanea de un sistema frió a otro caliente. Solo cuando se tienen dos sistemas con diferentes temperaturas se puede utilizar la energía calorifica para producir trabajo. El calor fluye espontáneamente del sistema caliente al frió hasta que se igualan las temperaturas. Durante este proceso, parte del calor se transforma en energía mecánica a fin de efectuar un trabajo, pero no todo el calor puede ser convertido en trabajo mecánico.
La primera Ley de la Termodinámica, como ya señalamos, estudia la transformación de la energía mecánica en calorífica y la del calor en trabajo, sin imponer ninguna restricción en estos cambios.Sin embargo, la Segunda Ley de la Termodinámica señala restricciones al decir que existe un limite en la cantidad de trabajo, el cual es posible obtener a partir de un sistema caliente.
Existen dos enunciados que definen la Segunda Ley de la Termodinámica, uno del físico alemán Rudolph J. E.Celsius: el calor no puede por si mismo, sin la intervención de un agente externo, pasar de un cuerpo frió a un cuerpo caliente. Y otro del físico ingles William Thompson Kelvin: es imposible construir una maquina térmica que transforme en trabajo todo el calor que se le suministra.
Conclusiones de las leyes primera y segunda de la termodinámica
Las leyes de la termodinámica son verdades universales, establecidas después de haberse realizado numerosos experimentos tanto cualitativos como cuantitativos. La primera ley, conocida como Ley de la Conservación de la Energía, afirma que la energía existente en el Universo es una cantidad constante. Esta ley se confirma cuando Albert Einstein nos demuestra le relación entre materia y energía. La segunda ley tiene aplicaciones importantes en el diseño de maquinas térmicas empleadas en la transformación de calor en trabajo. También es útil para interpretar el origen del Universo, pues explica los cambios energéticos que ha tenido y tendrá en un futuro. Predice que dentro de billones de años se producirá la llamada muerte térmica del Universo, la cual ocurrirá cuando toda la energía del Universo se reduzca a la de las moléculas en movimiento y toda la materia tenga la misma temperatura. Al no existir diferencias de temperatura, tampoco se producirá intercambio de calor entre los cuerpos y los seres vivos se extinguirán.
Entropía y Tercera Ley de Termodinámica
La entropía es una magnitud física utilizada por la termodinámica para medir el grado de desorden de la materia. En un sistema determinado, la entropía o estado de desorden dependerá de su energía calorífica y de como se encuentren distribuidas sus moléculas.
Como en el estado solido las moléculas estan muy próximas unas de otras y se encuentran en una distribución bastante ordenada, su entropía es menor si se compara con la del estado liquido , y en este menor que en el estado gaseoso. Cuando un liquido es calentado las moléculas aumentan su movimiento y con ello se desorden, por tanto, al evaporarse se incrementa considerablemente su entropía. En general, la naturaleza tiende a aumentar su entropía es decir, su desorden molecular. Como resultado de sus investigaciones, el físico y químico alemán Walther Nernst estableció otro principio fundamental de la termodinámica llamado Tercera Ley de la Termodinámica, dicho principio de refiere a la entropía de las sustancias cristalinas y puras en el cero absoluto de temperaturas(0 K), y se enuncia de la siguiente manera: la entropía de un solido cristalino puro y perfecto puede tomarse como cero a la temperatura del cero del cero absoluto. Por tanto, un cristal perfectamente ordenado a 0 K tendrá un valor de entropía igual a cero. Cualquier incremento de temperatura, por encima de 0 K, causa una alteración en el arreglo de las moléculas componentes de la red cristalina, aumentando así el valor de la entropía.
Vídeos:
algunos vídeos que explican estas leyes.
Conclucion:
El tema termodinanica es muy abundante de este se derivan muchos aspectos como las diferencias entre calor y temperatura, medidas de temperatura, diferentes escalas, dilatación de los cuerpos, formas de propagación calor especifico, etc, también identifique que la temperatura es una magnitud física que indica que tan caliente o fría esta una sustancia y se mide con un termómetro. otra cosa que se me iso interesante es que cuando un cuerpo esta muy caliente quiere decir que su temperatura es alta, por ello, tiene un potencial térmico alto, en consecuencia sera capaz de ceder calor o energía calorifica a otro cuerpo con potencial térmico mas bajo.
Referencias:
física general, Héctor Pérez Montiel, publicaciones cultural, segunda reimpresión, México, 2002.
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