Ley cero de la Ley cero de la termodinámicatermodinámica

Trabajo complementario de Trabajo complementario de Martín Jaramillo LeytonMartín Jaramillo Leyton

Ley cero de la TermodinámicaLey cero de la Termodinámica

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

ejemploejemplo

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

El calor, es una forma de energía .Su El calor, es una forma de energía .Su unidad en el sistema S.I es el Joule. unidad en el sistema S.I es el Joule.

Otra unidad utilizada es la Caloría de calor Otra unidad utilizada es la Caloría de calor (cal), que no debe confundirse con la (cal), que no debe confundirse con la caloría alimenticia (Cal).caloría alimenticia (Cal).

1 cal = 4.18 Joule.1 cal = 4.18 Joule.

1Cal= 1000cal= 1kcal1Cal= 1000cal= 1kcal

Calor específicoCalor específico

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

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

Calor específico = c =Calor específico = c =

entoncesentonces

CAPACIDAD CALORÍFICACAPACIDAD CALORÍFICA

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

EL CALOR GANADO O PERDIDOEL CALOR GANADO O PERDIDO

por un cuerpo de masa “,m” y calor por un cuerpo de masa “,m” y calor específico “c”, cuya fase no está específico “c”, cuya fase no está cambiando, se debe a un cambio de cambiando, se debe a un cambio de temperatura “ temperatura “ ΔΔ T", esta dado por la T", esta dado por la relación:relación:

ΔΔ Q mc Q mc ΔΔ T T

EL CALOR DE FUSIÓN (Hf)EL CALOR DE FUSIÓN (Hf)

un sólido cristalino es la cantidad de calor un sólido cristalino es la cantidad de calor requerido para fundir una unidad de masa requerido para fundir una unidad de masa de éste a temperatura constante. Esto de éste a temperatura constante. Esto también equivale a la cantidad de calor también equivale a la cantidad de calor emitido por la unidad de masa del sólido emitido por la unidad de masa del sólido cuando se cristaliza a la misma cuando se cristaliza a la misma temperatura. El calor de fusión del agua a temperatura. El calor de fusión del agua a 0a.C. es aproximadamente 335kJ/kg o 80 0a.C. es aproximadamente 335kJ/kg o 80 cal/gr.cal/gr.

EL CALOR DE VAPORIZACIÓN EL CALOR DE VAPORIZACIÓN (Vd.)(Vd.)

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

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

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

Formas de trasferencia de calorFormas de trasferencia de calor

ConvecciónConvección

ConducciónConducción

convecciónconvección

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

conducciónconducción

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

Leyes de termodinámicaLeyes de termodinámica

Resumen de las leyes:Resumen de las leyes: La La primera ley de la termodinámicaprimera ley de la termodinámica En síntesis, es el En síntesis, es el

principio de conservación de la energía: La energía ni se crea principio de conservación de la energía: La energía ni se crea ni se destruye. ni se destruye.

La La segunda ley de la termodinámicasegunda ley de la termodinámica postula, en líneas postula, en líneas generales, que las diferencias entre un sistema y sus generales, que las diferencias entre un sistema y sus alrededores tienden a igualarse. Es decir, las diferencias de alrededores tienden a igualarse. Es decir, las diferencias de presión, densidad y particularmente, las diferencias de presión, densidad y particularmente, las diferencias de temperatura tienden a igualarse con sus alrededores. Esta temperatura tienden a igualarse con sus alrededores. Esta segunda ley también indica, en su definición de Clausius, que segunda ley también indica, en su definición de Clausius, que es imposible que un sistema a menor temperatura transmita es imposible que un sistema a menor temperatura transmita esta a otro sistema con mayor temperatura. esta a otro sistema con mayor temperatura.

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

cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía, es una de las más sólidas y universales de las leyes energía, es una de las más sólidas y universales de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por la ciencia. de la naturaleza descubiertas hasta ahora por la ciencia.

EJEMPLOSEJEMPLOS

historiahistoria La termodinámica, como concepto en física, La termodinámica, como concepto en física,

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

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

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

Elementos comunes ley ceroElementos comunes ley cero

Algunas de las más conocidas aplicaciones de Algunas de las más conocidas aplicaciones de esta rama de la física son: esta rama de la física son:

Los refrigeradores. Los refrigeradores. Los motores. Estos se interpretan gracias a la Los motores. Estos se interpretan gracias a la

primera ley. primera ley. Globos sostenidos por gases (helio, por Globos sostenidos por gases (helio, por

ejemplo). ejemplo).

Además de estos usos, la termodinámica está relacionada Además de estos usos, la termodinámica está relacionada con una multitud de aplicaciones, como el secado de con una multitud de aplicaciones, como el secado de cereales, la refrigeración de alimentos, la producción de cereales, la refrigeración de alimentos, la producción de inoculantes para cultivos agrícolas, la producción de hongos inoculantes para cultivos agrícolas, la producción de hongos comestibles, la fabricación de circuitos integrados, la comestibles, la fabricación de circuitos integrados, la refrigeración de componentes de computadoras, la refrigeración de componentes de computadoras, la fabricación de energía nuclear, etc. fabricación de energía nuclear, etc.

Sin duda alguna podemos afirmar que procesos históricos Sin duda alguna podemos afirmar que procesos históricos como la revolución industrial, avances científicos y como la revolución industrial, avances científicos y tecnológicos tan relevantes como la fabricación de tecnológicos tan relevantes como la fabricación de electricidad o la era de la computación no habrían sido electricidad o la era de la computación no habrían sido posibles sin nuestros conocimientos y manejo de la posibles sin nuestros conocimientos y manejo de la

termodinámica.termodinámica.