Leyes Termodinámicas S22 y S23

Summary

En esta clase de física, se exploran las leyes fundamentales de la termodinámica. La Ley Cero establece que dos cuerpos a diferentes temperaturas alcanzan un equilibrio térmico. La Primera Ley describe cómo la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. La Segunda Ley afirma que siempre se pierde parte de la energía en cualquier proceso, mientras que la Tercera Ley habla sobre el 'cero absoluto', la temperatura más baja que puede alcanzarse. A través de ejemplos y teorías visuales, los estudiantes comprenden cómo estas leyes rigen las interacciones térmicas en diversos sistemas.

Takeaways

• 😀 La termodinámica es la rama de la física que estudia la interacción térmica entre los cuerpos y cómo se distribuye la energía en forma de calor.
• 😀 La Ley Cero de la termodinámica establece que cuando dos cuerpos con temperaturas diferentes interactúan, intercambian calor hasta alcanzar una temperatura de equilibrio.
• 😀 En el equilibrio térmico, el cuerpo más caliente cede calor al más frío hasta que ambas temperaturas se igualan.
• 😀 La Ley de la Conservación de la Energía (Primera Ley) dice que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. El calor suministrado a un sistema es igual al cambio de energía interna más el trabajo realizado.
• 😀 El trabajo realizado por un sistema puede generar calor, como se observa al frotar las manos, donde la fricción genera calor por el trabajo realizado.
• 😀 Los procesos termodinámicos pueden ser adiabáticos (sin intercambio de calor), isotérmicos (temperatura constante), isobáricos (presión constante) o isocóricos (volumen constante).
• 😀 En la Segunda Ley de la termodinámica, se establece que los sistemas no son perfectos, ya que siempre hay pérdida de energía en forma de calor o trabajo no recuperable.
• 😀 Un ejemplo de la Segunda Ley es el aire acondicionado, que, a pesar de cerrarse las ventanas, pierde algo de energía térmica al entorno.
• 😀 La Tercera Ley de la termodinámica define el cero absoluto como la temperatura más baja a la que puede llegar un cuerpo, donde las partículas tienen la mínima energía cinética.
• 😀 El cero absoluto es teóricamente inalcanzable, pero los científicos han podido acercarse a esta temperatura extremadamente baja de -273,15°C.
• 😀 La entropía es una medida del desorden en un sistema y, según la Segunda Ley, siempre tiende a aumentar o mantenerse constante en el universo, aunque pueda disminuir en un sistema cerrado.

Q & A

¿Qué establece la Ley Cero de la Termodinámica?

La Ley Cero de la Termodinámica establece que si dos cuerpos a temperaturas diferentes están en contacto, intercambiarán calor hasta que alcancen un equilibrio térmico, es decir, hasta que ambos cuerpos tengan la misma temperatura.

¿Por qué un café se enfría si se deja durante mucho tiempo?

El café se enfría porque, al estar en contacto con el aire ambiente, cede calor al ambiente hasta alcanzar una temperatura de equilibrio. El calor fluye siempre del objeto más caliente al más frío.

¿Cómo se define la energía según la Primera Ley de la Termodinámica?

La Primera Ley de la Termodinámica establece que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma. Esto significa que el calor añadido a un sistema se convierte en trabajo o cambia la energía interna del sistema.

¿Qué ocurre cuando frotamos nuestras manos según la Primera Ley de la Termodinámica?

Cuando frotamos nuestras manos, estamos realizando un trabajo que genera fricción. Esta fricción convierte la energía mecánica en calor, lo que nos hace sentir calor en las manos. Esto ejemplifica la conversión de trabajo en calor.

¿Qué significa un proceso adiabático en termodinámica?

Un proceso adiabático es aquel en el que no hay intercambio de calor con el entorno, es decir, el calor (Q) es igual a cero. En estos procesos, la energía interna del sistema puede cambiar solo por trabajo realizado sobre o por el sistema.

¿Cuál es la diferencia entre un proceso isotérmico y un proceso isobárico?

En un proceso isotérmico, la temperatura del sistema se mantiene constante, mientras que en un proceso isobárico, la presión del sistema se mantiene constante durante el proceso.

¿Qué afirma la Segunda Ley de la Termodinámica?

La Segunda Ley de la Termodinámica establece que no existen sistemas perfectos y que siempre habrá una disipación de energía en los procesos. Es decir, la energía que entra en un sistema no es igual a la energía que sale, ya que una parte se pierde y no se recupera.

¿Qué es la entropía y cómo se relaciona con la Segunda Ley de la Termodinámica?

La entropía es una medida de la dispersión de la energía en un sistema. Según la Segunda Ley de la Termodinámica, la entropía del universo siempre aumenta en los procesos termodinámicos, lo que implica que la energía se disipa de manera irreversible.

¿Qué es el cero absoluto y cuál es su valor según la Tercera Ley de la Termodinámica?

El cero absoluto es la temperatura más baja posible, en la cual las partículas de una sustancia tienen la mínima energía cinética. Según la Tercera Ley de la Termodinámica, esta temperatura es de -273.15 °C.

¿Es posible alcanzar el cero absoluto en la práctica?

No, según la Tercera Ley de la Termodinámica, es imposible alcanzar el cero absoluto en un número finito de procesos. Solo es posible acercarse a esta temperatura, pero no alcanzarla completamente.