¿Que es la termodinámica?

 

Termodinámica 

Para entrar un poco en contexto acerca de este tema primero debemos de tener un pequeño concepto sobre que es la termodinámica, para que sirve y como se emplea, comenzando con el tema se dice que es una rama de la física que describe los efectos de los cambios de temperatura, presión y volumen de un sistema físico a un nivel macroscópico, la materia está compuesta por diferentes partículas que se mueven de manera desordenada. De acuerdo con la definición de termodinámica, esta ciencia no estudia el comportamiento de cada partícula sino que estudia el comportamiento global de todas estas partículas.

¿Para que sirve la termodinámica?

La termodinámica se puede aplicar a una amplia variedad de temas de ciencia e ingeniería, tales como motores, transiciones de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte, e incluso agujeros negros.

Fuente: Charlis Belén Ci: 24.216.705

A continuación enumeramos algunos ejemplos de algunas de sus aplicaciones:

• En la cocción de alimentos.

• En la automoción, la mayor parte de los motores son motores térmicos.

• En la ciencia de los materiales para obtener nuevos tipos de materiales que posean propiedades químicas y físicas bien definidas.

• Aplicaciones industriales para transformar materias primas en productos acabados utilizando maquinaria y energía.

• En el diseño arquitectónico se tienen en cuenta las transferencias térmicas entre el exterior y el interior de la vivienda, especialmente en la arquitectura bioclimática y la energía solar pasiva.

• Generación de electricidad en las centrales térmicas dónde los procesos termodinámicos permiten convertir el calor en electricidad.

¿Qué estudia la termodinámica?

En la termodinámica física se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas que se caracterizan por sus propiedades. Estas propiedades se pueden combinar para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas, los procesos espontáneos y el intercambio de energía con su entorno.

Los principales elementos que tenemos para su estudio son:

• La entropía: se define como el desorden en que se mueven las partículas internas que forman la materia. 

 

Fuente: Medico plus

• La entalpía: se define cómo la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno.

Fuente: Meteorología en red

Leyes de la termodinámica 

Las leyes de la termodinámica son muy interesantes de investigar y es de suma importancia durante el aprendizaje químico esta rama de la física se compone de cuatro leyes las cuales son las siguientes: 

Ley “cero”: Principio del equilibrio térmico

Este concepto hace referencia a cómo dos cuerpos con temperaturas distintas en contacto (A y C) o separados por una superficie conductora (B), transfieren calor del uno al otro hasta que las temperaturas, que inicialmente eran diferentes, se igualan.

Es decir, si ponemos en contacto dos cuerpos y uno está más caliente que el otro, la transferencia de calor hará que se llegue al equilibrio térmico, un estado en el que la temperatura de ambos objetos es igual y, mientras en el sistema no entre un tercer cuerpo con calor distinto, la temperatura se mantendrá constante.

Muchos procesos de nuestro día a día están regidos por este principio. Por ejemplo, los congeladores basan su funcionamiento en esta ley. Nosotros ponemos los alimentos (a temperatura ambiente) en el congelador, que es muy frío. Este congelador es un sistema en el que el alimento y el aire helado intercambian calor hasta que se iguala. Cuando se llega al equilibrio térmico, la comida está a la misma temperatura que el aire.

ejemplo: hervir agua ya que la temperatura del agua sube hasta igualarse con la de los fogones.

Fuente: Blog ingeniería

Primera ley: Principio de conservación de la energía

Todos los procesos físicos del Universo se plasman en esta ley. Desde las luces de nuestra casa transformando la energía eléctrica en energía lumínica hasta las plantas convirtiendo la energía lumínica en energía química, pasando por nuestras células, que convierten la energía química en energía mecánica. Sin embargo, este principio también defiende que ningún proceso de transformación de energía es 100% eficiente. Es decir, en ningún sistema del cosmos se consigue que una energía de tipo A se transforma absolutamente toda en una energía de tipo B.

 Siempre hay una parte de energía que se “pierde”, y lo decimos entre comillas porque realmente no se pierde, sino que simplemente se libera, y se libera en forma de calor. Todas las reacciones de transformación de energía generan calor como “efecto secundario”, de ahí que este principio forme parte de la termodinámica, es decir, si las luces de nuestra casa fueran 100% efectivas (es físicamente imposible que lo sean), toda la energía eléctrica se transformaría en lumínica.

Fuente: https://fdelarge.wordpress.com

Segunda ley: Principio de la entropía

La entropía es una magnitud física que mide el grado de desorden de un sistema. Pues bien, esta ley de la termodinámica afirma que, a medida que pasa el tiempo, la entropía tiende a aumentar inevitablemente, es decir, que se incrementa el grado de desorden en el Universo.

Antes de entrar en profundidad en conceptos más físicos, entendamos qué significa esto. Este principio nos dice que absolutamente todo en el Universo tiende al desorden conforme avanza el tiempo. Piensa en tu habitación. A medida que pasan los días, si sigues con tu día a día normal, ¿a qué tiende? ¿A ordenarse? ¿O a desordenarse? Claramente a desordenarse. Y no porque no seas una persona limpia. Cuando te digan lo contrario, puedes decir que simplemente eres víctima de la segunda ley de la termodinámica.

Después de haber hecho una metáfora de lo que significa este aumento de la entropía, llevémoslo al terreno más físico. ¿Por qué esta tendencia al desorden? Para responder a ello, debemos regresar a la segunda ley, que nos decía que en todas las reacciones de transformación de energía, una parte se perdía en forma de calor. Es decir, en todas y cada una de las reacciones que ha habido en el Universo desde el Big Bang hasta hoy (desde estrellas explotando a tú caminando por la playa), una parte de la energía no se ha destinado al trabajo en cuestión, sino que se ha perdido en forma de energía calorífica.

Fuente: Concepto.de

Tercera ley: Principio de Nernst

Esta tercera ley, que recoge la información de todas las anteriores, parte de la base de que para que haya cualquier reacción de transformación de energía (lo que el enunciado expresa como proceso físico) es necesario que haya movimiento de partículas. Por lo tanto, si llegamos al cero absoluto de temperatura (0 K o -273.15 °C), no puede ocurrir ninguna reacción energética. Y es que a esta temperatura, que es la más baja posible, las moléculas que conforman la materia están tan increíblemente juntas (físicamente no pueden estarlo más) que no puede darse ningún proceso físico. Porque todos ellos dependen de la temperatura, y si esta llega al cero absoluto, las reacciones se anulan.

De igual modo, el principio dice que, llegados a esta temperatura, la entropía llega al valor mínimo constante. Es imposible un grado mayor de orden. Las moléculas están totalmente juntas y no se mueven absolutamente nada. Dé todos modos, se cree que es imposible llegar al cero absoluto. De hecho, el lugar más frío del Universo es la Nebulosa Boomerang, situada a 5.000 años luz de nosotros, donde se ha descubierto que las temperaturas son de -272 °C, pero sigue sin ser el cero absoluto.

Fuente: Universidad Ricardo Palma

Después de explicar cuales son y como funcionan las leyes de la termodinámica, es necesario explicar las propiedades del mismo tema, su concepto y como funcionan, y se dice que las propiedades de la termodinámica son las que de definen e intervienen en el estado termodinámica de un sistema. Estas propiedades se pueden clasificar como extensivas o intensivas. Entre estas propiedades encontramos la energía interna, la entropía, la entalpía, el calor, la temperatura, la presión, el volumen, etc. Ejemplos: 

Fuente: Heráclito Flores

Fuente: Heráclito Flores

La causa de los cambios son las interacciones de la materia.

No sabes como se mide la energía, acá te explicamos la forma mas sencilla y común de medir es el calor Q, ejemplo.

Caloría: cantidad de calor que se le ha de dar a 1gr de agua para que su temperatura aumente 1°c. 1cal= 4,18 J.

Julio (S.I.): trabajo necesario para elevar a un metro de altura un objeto de 102g. de masa.

KWh (sistemas eléctricos): 1 KWh = 3,600,000

Si toda la información aun no termina de llenar las dudas sobre el tema, en la continuidad del siguiente párrafo se proporcionara un video haciendo una explicación a fondo de cada ley de la termodinámica y de cada una de sus propiedades, el video esta explicado por profesionales que dedican su tiempo a la química, esperando que mejoren sus conocimientos y queden satisfechos de la información brindad tanto como en el blog como en el video. 

Para entrar a la parte de los ejercicios es necesario primero conocer del tema y de esa manera estar preparados para lo practico, como ya sabemos la termodinámica es un tema muy extenso e interesante y para ello es importante leer todo el blog y tener un pequeño concepto para comprender el significado de la metodología de un ejercicio. para empezar con la practica primero se explicara un pequeño ejercicio practico de realizar. Ejemplo:   

• Hallar la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 100 g de cobre desde 10 ºC a 100 ºC. CeCu=0,093.cal/(g°C)

Solución

Q=Ce.m.∆T

Q=0,093.calg°C.100g100-10°C

Q=837ca

• A una sartén de acero de 300 g de masa se le aumenta la energía interna en 200 J:

a) ¿Qué aumento de temperatura se produce?

b) Si su temperatura inicial es de 25 ºC, ¿Cuál será la temperatura final? Dato: Calor específico del acero 450 J/kg·K.

Solución a)

Q=Ce.m.∆T

∆T=QCe.m →∆T=200J450JKg.K.0,3Kg ∆T=200135.K→∆T=1,48K la variacion entre la unidades Celcius y Kelvin es igual

∆T=1,48K=1,48°C

b)

∆T=Tf-Ti

Tf=∆T+TI →Tf=1,48°C+25°C=26,48°C.

El objetivo de los ejercicios es tener como finalidad el aprendizaje del lector para ello se implemento uno sencillo y el otro con más dificultad, pero si con ellos no fue suficiente se estará implementando un video en la parte baja de este párrafo donde se estarán trabajando mas ejercicios de termodinámica, por personas profesionales en este caso profesores de química general. 

 Conclusiones 

• La termodinámica es un tema que complementa la química y la física, es complicado de ejercer sus ejercicios por el nivel de dificultad que se le puede dar a cada uno, pero para ello son estos tipos de blogs el cual su finalidad es apoyar a las personas, la mayoría estudiantes que necesitan de este tipo de información para su aprendizaje y tareas de diferentes cursos. El blog les apoya con información y ejercicios resueltos ya explicados e incluso proporciona videos para apoyarlos con más ejemplos, pero esto dependerá del nivel de atención que el lector le presente al blog. Es complicado resolver este tipo de ejercicios pero estudiando, repasando y también apoyarse en revistas o blogs que les pueda brindar todo lo relacionado con el tema se les ira facilitando su resolución. Lo que el blog busca es llegar hasta cualquier parte del mundo y sirva de apoyo a quien lo necesite y se evite estar investigando en mas lugares. 

• Aprender química no es tan complicado como se piensa pero dependerá de la persona que desea aprender y el empeño que demuestre, para ello es necesario que se apoye paginas o blogs como este, así como la termodinámica se encuentran otros temas que tienen su complejidad como la cinética química o preparación de soluciones por ejemplo, son temas que van agarrados de la mano y que el estudiante o persona que le interese debe tomar muy encuentra, para ello se estará habilitando un próximo blog no se estará tratando otro tema de la química en general, déjenos saber en un comentario que tema en especifico les gustaría que aprender.

Referencias bibliográficas  

Planas, O. (2022, 3 abril). ¿Qué es la termodinámica? Leyes, sistemas y propiedades. Energía Solar. https://solar-energia.net/termodinamica

 

D. (2021, 2 junio). Propiedades intensivas y extensivas. Diferenciador. https://www.diferenciador.com/propiedades-intensivas-y-extensivas/

 

Planas, O. (2022, 3 abril). ¿Qué es la termodinámica? Leyes, sistemas y propiedades. Energía Solar. https://solar-energia.net/termodinamica

 

Ejercicios Resueltos De Termodinámica - 4898 Palabras | Monografías Plus. (2017, 1 septiembre). Monografías Plus. https://www.monografias.com/docs/Ejercicios-Resueltos-De-Termodinamica-P3B6BCGFJ8GNY