Termodinámica

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Universidad de Los Andes
Núcleo Universitario “Rafael Rangel”
Departamento de Ciencias Económicas, Administrativas y Contables
Pampanito, Estado Trujillo
Termodinámica
Elaborado por:
Joshua Barreto
Mayo, 2023
La termodinámica es una rama de la física que estudia los fenómenos relacionados con el calor y la energía. Se basa en leyes y principios que describen cómo se comportan los sistemas en equilibrio térmico, así como las transformaciones de energía que ocurren en ellos.
Conceptos fundamentales:
- Sistema: es la parte del universo que se selecciona para su estudio. Puede ser abierto (intercambia energía y materia con su entorno), cerrado (solo intercambia energía) o aislado (no intercambia ni energía ni materia).
- Estado: es la descripción de las propiedades de un sistema en un momento determinado, como la temperatura, presión, volumen, entre otros.
- Proceso: es el cambio que experimenta un sistema al pasar de un estado inicial a un estado final.
Historia:
La termodinámica tiene sus raíces en los estudios realizados por científicos como Galileo Galilei, Robert Boyle y Robert Hooke en el siglo XVII. Sin embargo, fue en el siglo XIX cuando se establecieron los fundamentos de esta disciplina gracias a los trabajos de Sadi Carnot, Rudolf Clausius, Lord Kelvin y William Thomson.
Carnot es considerado el padre de la termodinámica moderna debido a su contribución en el desarrollo de las ideas sobre la eficiencia de las máquinas térmicas. Clausius formuló el segundo principio de la termodinámica, que establece que el calor no puede fluir espontáneamente de un cuerpo frío a uno caliente. Lord Kelvin y William Thomson, por su parte, desarrollaron la escala absoluta de temperatura.
Acontecimientos importantes:
- La formulación de las leyes de la termodinámica por parte de Carnot, Clausius y Kelvin.
- El descubrimiento de la ley de conservación de la energía por parte de Hermann von Helmholtz.
- El desarrollo de la teoría cinética de los gases por parte de James Clerk Maxwell y Ludwig Boltzmann.
- La formulación del principio de entropía por parte de Rudolf Clausius.
Autores referentes:
- Sadi Carnot
- Rudolf Clausius
- Lord Kelvin
- William Thomson
- James Clerk Maxwell
- Ludwig Boltzmann
Ejemplos:
- Un motor de automóvil convierte la energía térmica del combustible en energía mecánica.
- Un refrigerador extrae calor del interior y lo expulsa al exterior, enfriando así su interior.
- La expansión de un gas al calentarse en un cilindro con un pistón móvil.
Avances y estudios actuales:
La termodinámica sigue siendo un campo activo de investigación en la actualidad. Algunos avances recientes incluyen el estudio de materiales con propiedades térmicas novedosas, como los materiales termoeléctricos que pueden convertir el calor en electricidad, y el desarrollo de técnicas para el control y manipulación de sistemas a nivel nanoscópico.
Importancia general:
La termodinámica es una disciplina fundamental en la física y tiene aplicaciones en numerosas áreas, como la ingeniería, la química, la biología y la meteorología. Permite comprender y predecir el comportamiento de sistemas energéticos, desde máquinas térmicas hasta procesos químicos y reacciones biológicas.
Otros aspectos importantes a destacar:
- La termodinámica se basa en leyes y principios que son aplicables a cualquier sistema, desde partículas subatómicas hasta el universo en su conjunto.
- La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía de un sistema aislado tiende a aumentar con el tiempo, lo que implica una tendencia hacia el desorden y la pérdida de energía útil.
- La termodinámica también tiene aplicaciones en el estudio de fenómenos irreversibles, como la difusión de sustancias a través de membranas o la propagación del calor en un material.