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Las leyes de la termodinámica (o los principios de la termodinámica) describen el comportamiento de tres cantidades físicas fundamentales, la temperatura, la energía y la entropía, que caracterizan a los sistemas termodinámicos.
¿Qué son las leyes de la termodinámica?
Las leyes de la termodinámica (o los principios de la termodinámica) describen el comportamiento de tres cantidades físicas fundamentales, la temperatura, la energía y la entropía, que caracterizan a los sistemas termodinámicos. El término «termodinámica» proviene del griego thermos, que significa “calor”, y dynamos, que significa “fuerza”.
Matemáticamente, estos principios se describen mediante un conjunto de ecuaciones que explican el comportamiento de los sistemas termodinámicos, definidos como cualquier objeto de estudio (desde una molécula o un ser humano, hasta la atmósfera o el agua hirviendo en una cacerola).
Existen cuatro leyes de la termodinámica y son cruciales para comprender las leyes físicas del universo y la imposibilidad de ciertos fenómenos como el del movimiento perpetuo.
Ver además: Principio de conservación de la energía
Origen de las leyes de la termodinámica
Los cuatro principios de la termodinámica poseen orígenes distintos, y algunos fueron formulados a partir de los anteriores. El primero en establecerse, de hecho, fue el segundo, obra del físico e ingeniero francés Nicolás Léonard Sadi Carnot en 1824.
Sin embargo, en 1860 este principio volvió a formularse por Rudolf Clausius y William Thompson, añadiendo entonces la que hoy llamamos la Primera Ley de la Termodinámica. Más adelante apareció la tercera, también conocida como «postulado de Nerst» porque surgió gracias a los estudios de Walther Nernst entre 1906 y 1912.
Finalmente, la llamada “ley cero” apareció en 1930, propuesta por Guggenheim y Fowler. Cabe decir que no en todos los ámbitos es reconocida como una verdadera ley.
Ver también: Termodinámica
Primera Ley de la Termodinámica
Primera ley de la termodinámica
La energía no puede crearse ni destruirse, solo transformarse.
La primera ley se llama “Ley de la Conservación de la Energía” porque dicta que en cualquier sistema físico aislado de su entorno, la cantidad total de energía será siempre la misma, a pesar de que pueda transformarse de una forma de energía a otras diferentes. O dicho en otras palabras: la energía no puede crearse ni destruirse, solo transformarse.
De ese modo, al suministrar una cantidad determinada de calor (Q) a un sistema físico, su cantidad total de energía podrá calcularse como el calor suministrado menos el trabajo (W) efectuado por el sistema sobre sus alrededores. Expresado en una fórmula: ΔU = Q – W.
Como ejemplo de esta ley, imaginemos el motor de un avión. Se trata de un sistema termodinámico que consta de combustible que al reaccionar químicamente durante el proceso de combustión, libera calor y efectúa un trabajo (que hace que el avión se mueva). Entonces: si pudiéramos medir la cantidad de trabajo realizado y de calor liberado, podríamos calcular la energía total del sistema y concluir que la energía en el motor se mantuvo constante durante el vuelo: ni se creó ni se destruyó energía, sino que se la hizo cambiar de energía química a energía calórica y energía cinética (movimiento, o sea, trabajo).