Ley cero de la termodinmica Trabajo complementario de

Ley cero de la termodinámica Trabajo complementario de Martín Jaramillo Leyton

Ley cero de la Termodinámica l También conocida como el principio de conservación de energía que se expresa de la siguiente manera : si un sistema A está en equilibrio térmico con un sistema B, y éste sistema B está en equilibrio térmico con otro sistema C, entonces los sistemas A y C están en equilibrio térmico.

ejemplo Una persona está expuesta a varios tipos de propagación de calor, éstas se combinan y se establece un equilibrio térmico con la persona hasta que su temperatura sea igual a la ambiental.

El calor, es una forma de energía. Su unidad en el sistema S. I es el Joule. Otra unidad utilizada es la Caloría de calor (cal), que no debe confundirse con la caloría alimenticia (Cal). l 1 cal = 4. 18 Joule. 1 Cal= 1000 cal= 1 kcal

Calor específico (capacidad calorífica) específica de una sustancia, es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de una unidad de masa de la sustancia en 1 grado. l l

l Si Δ Q, es la cantidad de calor requerido para producir un cambio en la temperatura Δ T en una masa m de sustancia, entonces:

l Calor específico = c = l entonces

CAPACIDAD CALORÍFICA l (equivalente de agua) de un cuerpo es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de dicho cuerpo en un grado. De acuerdo a esta definición, la capacidad calorífica de un cuerpo de masa “m” y calor especifico “c” es “mc”

EL CALOR GANADO O PERDIDO l por un cuerpo de masa “, m” y calor específico “c”, cuya fase no está cambiando, se debe a un cambio de temperatura “ Δ T", esta dado por la relación: Δ Q mc Δ T

EL CALOR DE FUSIÓN (Hf) l un sólido cristalino es la cantidad de calor requerido para fundir una unidad de masa de éste a temperatura constante. Esto también equivale a la cantidad de calor emitido por la unidad de masa del sólido cuando se cristaliza a la misma temperatura. El calor de fusión del agua a 0 a. C. es aproximadamente 335 k. J/kg o 80 cal/gr.

EL CALOR DE VAPORIZACIÓN (Vd. ) l un líquido es la cantidad de calor requerido para vaporizar una unidad de masa de éste, a una temperatura constante. Para el agua a 100º C, Vd. Corresponde aproximadamente a 2, 26 MJ/Kg. o 540 cal/gr.

l Equilibrio termodinámico: Un sistema que no tiene interacción con el medio está en equilibrio termodinámico cuando no se observa ningún cambio en sus propiedades termodinámicas a lo largo del tiempo.

l Equilibrio térmico: Decimos que dos o más sistemas se encuentran en equilibrio térmico cuando al estar en contacto entre si, pero aislados del medio, sus propiedades se estabilizan en valores que no cambian con el tiempo.

Formas de trasferencia de calor l Convección l Conducción

convección l La convección tiene lugar cuando áreas de fluido caliente (de menor densidad) ascienden hacia las regiones de fluido frío. Cuando ocurre esto, el fluido frío (de mayor densidad) desciende y ocupa el lugar del fluido caliente que ascendió. Este ciclo da lugar a una continua circulación (corrientes convectivas) del calor hacia las regiones frías.

conducción l La conducción es el transporte de calor a través de una sustancia y tiene lugar cuando se ponen en contacto dos objetos a diferentes temperaturas. El calor fluye desde el objeto que está a mayor temperatura hasta el de menor temperatura. La conducción continúa hasta que los dos objetos alcanzan la misma temperatura (equilibrio térmico).

Leyes de termodinámica l Resumen de las leyes: l La primera ley de la termodinámica En síntesis, es el principio de conservación de la energía: La energía ni se crea ni se destruye. La segunda ley de la termodinámica postula, en líneas generales, que las diferencias entre un sistema y sus alrededores tienden a igualarse. Es decir, las diferencias de presión, densidad y particularmente, las diferencias de temperatura tienden a igualarse con sus alrededores. Esta segunda ley también indica, en su definición de Clausius, que es imposible que un sistema a menor temperatura transmita esta a otro sistema con mayor temperatura. l

l La tercera ley de la termodinámica: en términos simples, indica que la entropía (esto es, nivel de desorden de un sistema) de una sustancia pura en el cero absoluto es cero. Es decir, explicado con un ejemplo, los átomos y moléculas de un objeto en el cero absoluto (0º K o − 273, 15 ° C) tendrían el menor movimiento posible. No estarían completamente en reposo, pero no podrían perder más energía de movimiento, con lo que no podrían transferir calor a otro objeto. l cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía, es una de las más sólidas y universales de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por la ciencia.

EJEMPLOS

historia l La termodinámica, como concepto en física, nace a principios del siglo XIX. No obstante, ya en 1641, el Duque de Toscana, fundador de la Academia Florentina de los Experimentos, aprovechando la entonces emergente tecnología de tubos capilares de vidrio, introdujo el termómetro de bulbo con alcohol y capilar sellado, prácticamente como los usados hoy, y es en esa época cuando se empieza a distinguir entre temperatura (estado térmico) y calor (flujo de energía térmica).

l Más tarde, a mediados del XVII, el científico inglés Robert Boyle constató que, los gases encerrados a temperatura ambiente, el producto de la presión por el volumen permanecía constante, y también, que la temperatura de ebullición disminuirá con la presión. Paralelamente se empezaron a desarrollar aplicaciones técnicas de la energía térmica. Y no fue hasta finales del Siglo XVII cuando se empezó a utilizar el vapor de agua para mover las bombas de achique de las minas de carbón en Inglaterra.

l Se puede afirmar, como una gran síntesis que la termodinámica trató de unificar la explicación de las diferentes fuerzas introducidas en los procesos mecánicos, eléctricos, químicos, térmicos y magnéticos.

Elementos comunes ley cero l l Algunas de las más conocidas aplicaciones de esta rama de la física son: Los refrigeradores. Los motores. Estos se interpretan gracias a la primera ley. Globos sostenidos por gases (helio, por ejemplo).

l l Además de estos usos, la termodinámica está relacionada con una multitud de aplicaciones, como el secado de cereales, la refrigeración de alimentos, la producción de inoculantes para cultivos agrícolas, la producción de hongos comestibles, la fabricación de circuitos integrados, la refrigeración de componentes de computadoras, la fabricación de energía nuclear, etc. Sin duda alguna podemos afirmar que procesos históricos como la revolución industrial, avances científicos y tecnológicos tan relevantes como la fabricación de electricidad o la era de la computación no habrían sido posibles sin nuestros conocimientos y manejo de la termodinámica.