The Third Law of Thermodynamics: Absolute Zero

Summary

En este video, el profesor Dave explica la tercera ley de la termodinámica, centrada en la temperatura de cero absoluto, el límite más bajo posible. A medida que la temperatura disminuye, la energía cinética de las partículas también lo hace, hasta llegar a un punto en el que cesa por completo, lo que define el cero absoluto. A ese estado, la entropía de cualquier sustancia cristalina será igual a cero. Sin embargo, alcanzar el cero absoluto es imposible, ya que no se puede reducir la temperatura a ese nivel en un número finito de pasos. El profesor también menciona que esta ley será analizada en profundidad en un curso de física moderna.

Takeaways

• 😀 La tercera ley de la termodinámica trata sobre la temperatura de cero absoluto.
• 😀 La temperatura es una medida de la energía térmica disponible, que proviene de la energía cinética de las partículas.
• 😀 A medida que la temperatura disminuye, la energía interna del sistema y la energía cinética de las partículas también disminuyen.
• 😀 En temperaturas extremadamente bajas, las partículas se detienen completamente, lo que lleva a la ausencia de energía cinética y, por lo tanto, de temperatura.
• 😀 El cero absoluto es el punto en el que la energía cinética de las partículas cesa por completo, lo que implica que no hay más temperatura.
• 😀 A temperatura de cero absoluto, todas las sustancias se convierten en sólidos, incluidos el hidrógeno y el helio.
• 😀 El tercer principio de la termodinámica establece que la entropía de cualquier sustancia cristalina en el cero absoluto es igual a cero.
• 😀 Esta conclusión se deriva de la ecuación de Boltzmann, que relaciona la entropía con el número de microestados posibles.
• 😀 Cuando la energía cinética es nula, solo hay un microestado posible, lo que hace que la entropía sea cero.
• 😀 Es imposible alcanzar el cero absoluto en un número finito de pasos, lo que es otro aspecto clave del tercer principio de la termodinámica.
• 😀 El análisis completo de esta ley requiere el concepto de energía en el punto cero cuántico, lo que se aborda en cursos de física moderna.

Q & A

¿Qué establece la tercera ley de la termodinámica?

La tercera ley de la termodinámica establece que la entropía de cualquier sustancia cristalina a cero absoluto será igual a cero.

¿Qué es el cero absoluto en términos de temperatura?

El cero absoluto es la temperatura más baja posible, donde las partículas dejan de moverse por completo y no existe energía cinética ni calor.

¿Cómo se relaciona la temperatura con la energía cinética de las partículas?

La temperatura es una medida de la energía cinética de las partículas. A medida que la temperatura disminuye, la energía cinética de las partículas disminuye también, hasta que se detienen por completo a temperaturas extremadamente bajas.

¿Qué ocurre con la entropía de una sustancia a cero absoluto?

A cero absoluto, la entropía de cualquier sustancia se iguala a cero porque no hay movimiento de las partículas y, por lo tanto, solo existe un microestado posible.

¿Qué nos dice la ecuación de Boltzmann sobre la entropía a cero absoluto?

Según la ecuación de Boltzmann, S = k ln(W), si no hay movimiento de partículas (W = 1), el logaritmo natural de 1 es 0, lo que significa que la entropía a cero absoluto es cero.

¿Es posible alcanzar el cero absoluto en la práctica?

No, el cero absoluto no se puede alcanzar en la práctica, ya que según la tercera ley de la termodinámica, es imposible reducir la temperatura de un sistema a cero absoluto en un número finito de pasos.

¿Cómo se relaciona la tercera ley de la termodinámica con la energía cero en la mecánica cuántica?

La tercera ley de la termodinámica requiere de un análisis más profundo que involucra la energía cero cuántica, un concepto que se aborda en cursos de física moderna.

¿Qué significa que el cero absoluto sea una 'temperatura mítica' en la ciencia?

El cero absoluto es considerado una 'temperatura mítica' porque, aunque es una idea fundamental en la termodinámica, no se puede alcanzar ni observar directamente en experimentos físicos reales.

¿Qué ocurre con las sustancias a cero absoluto?

A cero absoluto, todas las sustancias se convierten en sólidos, incluyendo elementos como el hidrógeno y el helio.

¿Qué tema se sugiere estudiar después de los fundamentos de la termodinámica?

Después de estudiar los fundamentos de la termodinámica, el siguiente tema sugerido para estudiar son las ondas y los imanes, que son conceptos más accesibles y menos abstractos.