Las transformaciones de energía se entienden a través del estudio de la termodinámica, que tiene cuatro leyes fundamentales en la física.
La termodinámica es un método físico para comprender las transformaciones de energía a través de las cantidades de calor y las fases de trabajo durante este proceso. En otras palabras, son leyes creadas para entender las relaciones entre calor, energía y trabajo.
En este sentido, esta ciencia fue desarrollada por investigadores en el período de la Revolución Industrial para mejorar la eficiencia de las máquinas. Esto incluye motores de automóviles y refrigeradores, así como motores térmicos utilizados en minerales y petróleo . Mientras que, al cocinar, percibimos los materiales reaccionando en diferentes condiciones de temperatura.
Entonces, aprendamos un poco más sobre la termodinámica, sus leyes y las transformaciones de energía. Además, utilizamos diariamente herramientas derivadas de este método, como en turbinas de aviones, centrales termoeléctricas y trabajos de mecánica .
¿Qué es la termodinámica?
Como se dijo anteriormente, la termodinámica se basa en la temperatura , que se define por el grado de agitación de las moléculas. También, el calor que intercambia energía térmica entre cuerpos. Por último, la energía que proporciona la capacidad del cuerpo para realizar un trabajo.
Por tanto, el sistema termodinámico puede relacionarse con más de un cuerpo, ya que también puede dividirse en abierto, cerrado o aislado.
- Abierto: cuando se transfiere masa y energía entre el sistema y el ambiente externo;
- Cerrado: Solo hay transferencia de energía o calor;
- Aislado: En este caso no hay transferencias ni canjes.
En general, los gases ideales o perfectos se utilizan en estudios de termodinámica. Por lo tanto, las colisiones entre las partículas y las paredes del contenedor son elásticas con una duración mínima.
A partir de esto, el gas ideal produce un comportamiento en el sistema cerrado con las siguientes magnitudes físicas: presión, volumen y temperatura. Esto se debe a que estas variables definen el estado termodinámico de un gas.
En definitiva, el movimiento de las partículas de gas en el interior del recipiente produce la presión (p). Sin embargo, el volumen (v) está formado por el espacio ocupado por el gas dentro del recipiente. Mientras que la energía cinética promedio de las partículas de gas en movimiento se refiere a la temperatura (t).
Por otro lado, la energía interna ayuda a medir cómo se producen las transformaciones que sufre el gas. Por tanto, si utilizamos el gas ideal con un solo tipo de átomo, tendremos una energía interna proporcional a la temperatura. Esto se mide en esta fórmula: U = 3/2.nRT
Siendo que:
U= energía interna;
n= n° moles del gas;
R= constante universal de los gases ideales;
T= temperatura.
Las cuatro leyes de la termodinámica.
Primero, hay cuatro leyes fundamentales que determinan la termodinámica en los estudios de física . Ellos son: Ley Cero, Primera Ley, Segunda Ley y Tercera Ley.
1- Ley Cero
Esta es una ley de la termodinámica definida por el equilibrio térmico, ya que establece las condiciones para mantener los materiales en sintonía. Mientras tanto, hay tres puntos a tener en cuenta:
- 1º: si un cuerpo A está en equilibrio térmico en contacto con un cuerpo B;
- 2º: y si este cuerpo A está en equilibrio térmico en contacto con un cuerpo C;
- 3º: por tanto, B está en equilibrio térmico en contacto con C.
En este sentido, el cuerpo más caliente siempre debe ceder calor al más frío. Esto se debe a que esta acción permite que las temperaturas se igualen, lo que da como resultado un equilibrio térmico.
Además, se eligió el nombre Ley Cero porque esta comprensión es necesaria antes de la primera y segunda leyes de la termodinámica.
2- Primera ley
En primer lugar, esta ley defiende la conservación de la energía en el sistema. En otras palabras, es más ventajoso transformar energía que crearla o destruirla para obtener calor.
De esta forma, si usamos una bomba para inflar un globo, la fuerza ejercida hace que el pistón baje dentro del objeto, esto provoca que la energía se transforme en calor.
Por lo tanto, la fórmula de esta ley es la siguiente: Q = t + △U
Q = cantidad de calor
t = trabajo
△U = cambio en la energía interna
3- Segunda ley
En este caso, el cuerpo más caliente cede calor al cuerpo más frío, pero nunca al revés. Por lo tanto, este proceso se considera irreversible, ya que no es posible convertir completamente el calor en otra forma de energía.
4- Tercera ley
Esta ley pretende establecer un punto de referencia para la determinación de la entropía . Esta es la base de la Segunda Ley de la Termodinámica.
Sin embargo, otros físicos consideraron imposible la conclusión del físico Walther Nernst de que un objeto puede enfriarse hasta el cero absoluto. Además, esta ley se ha vuelto controvertida, ya que los académicos aún la discuten como una regla.
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