Leyes cero de la termodinamica

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Leyes cero de la termodinamica

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La termodinámica es el estudio de la relación entre el calor, la temperatura, el trabajo -que se realiza cuando una fuerza aplicada a un objeto hace que éste se mueva- y la energía, que se presenta en muchas formas y se define como la capacidad de realizar trabajo. Las cuatro leyes de la termodinámica describen cómo cambian las cantidades físicas fundamentales de temperatura, energía y entropía en diversas situaciones.

Como ejemplo de la termodinámica en acción, colocar una olla de agua en una estufa caliente hará que la olla se caliente porque el calor se transfiere a la olla desde la estufa. Esto, a su vez, hace que las moléculas de agua reboten en la olla. El movimiento más rápido de estas moléculas se observa como agua más caliente.

Si la estufa no estuviera caliente, no habría transferido ninguna energía térmica a la olla; por lo tanto, las moléculas de agua no habrían podido empezar a moverse más rápido y la olla de agua no se habría calentado.

En general, el equilibrio se refiere a un estado de equilibrio que no cambia en general con el tiempo. Esto no significa que no ocurra nada, sino que dos influencias o fuerzas se equilibran mutuamente.

wikipedia

La tercera ley de la termodinámica establece que si dos sistemas termodinámicos están en equilibrio térmico con un tercer sistema, entonces están en equilibrio térmico entre sí[1][2][3].

Se dice que dos sistemas están en equilibrio térmico entre sí si están unidos por una pared permeable sólo al calor y no cambian con el tiempo[4] Por comodidad del lenguaje, a veces se dice lo mismo de los sistemas no unidos que no cambiarían si tuvieran esa pared.

La ley es importante para la formulación matemática de la termodinámica. Matemáticamente, la ley zeroth hace que la relación de equilibrio térmico entre sistemas sea una relación de equivalencia, que es precisamente el tipo de relación que puede representar la igualdad de alguna cantidad asociada a cada sistema. Una cantidad que es la misma para dos sistemas si y sólo si se pueden poner en equilibrio térmico entre ellos es una escala de temperatura; la ley zeroth es necesaria para que exista alguna (y por tanto muchas) de esas escalas. Esta condición justifica el uso de termómetros prácticos[7]: 56

la segunda ley de la termodinámica establece que

La tercera ley de la termodinámica establece que si dos sistemas termodinámicos están en equilibrio térmico con un tercer sistema, entonces están en equilibrio térmico entre sí[1][2][3] Por lo tanto, el equilibrio térmico entre sistemas es una relación transitiva.

Se dice que dos sistemas están en equilibrio térmico entre sí si están unidos por una pared permeable sólo al calor y no cambian con el tiempo[4] Por comodidad del lenguaje, a veces se dice lo mismo de los sistemas no unidos que no cambiarían si tuvieran esa pared.

La ley es importante para la formulación matemática de la termodinámica. Matemáticamente, la ley zeroth hace que la relación de equilibrio térmico entre sistemas sea una relación de equivalencia, que es precisamente el tipo de relación que puede representar la igualdad de alguna cantidad asociada a cada sistema. Una cantidad que es la misma para dos sistemas si y sólo si se pueden poner en equilibrio térmico entre ellos es una escala de temperatura; la ley zeroth es necesaria para que exista alguna (y por tanto muchas) de esas escalas. Esta condición justifica el uso de termómetros prácticos[7]: 56

se formó la ley zeroth de la termodinámica

La entropía es algo muy importante en el ámbito de la termodinámica. Es la idea central que subyace a la segunda y tercera ley y aparece por todas partes. Básicamente, la entropía es la medida del desorden y la aleatoriedad en un sistema. He aquí dos ejemplos

Para obtener una imagen más detallada de la entropía tenemos que ver el concepto de espacio de fase. Algunos de los conceptos de este concepto pueden ser un poco confusos, pero tened paciencia, una vez que lo hayáis entendido no está tan mal.

Un espacio de fase es como un gráfico, pero un punto de este gráfico representa el estado completo de un sistema. Pongamos un ejemplo. Imagina que tengo una caja con 4 partículas de gas dentro. Cada punto del espacio de fase de este sistema indica dónde se encuentran las 4 bolas en la caja.

En nuestro ejemplo sólo nos interesan las posiciones de las 4 partículas, por lo que cada punto del espacio de fase debe contener una coordenada x, y y z para cada partícula, de modo que nuestro espacio de fase es de 3N dimensiones, donde N es el número de partículas del sistema. Así que en nuestro caso, el espacio de fase es de 12 dimensiones, para que cada punto pueda describir la ubicación de 4 cuerpos.