REVISTA DE CIENCIA
Termodinámica!
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introducción !3!
la termodinámica: elementos y aplicaciones! 4!
leyes de la termodinámica! 6!
investigación ! 8!
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introducción !
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Vivimos rodeados de sistemas, esto es, conjuntos de elementos estructurados que sufren y provocan transformaciones.
Cabe hablar de sistemas físicos o naturales -el universo mismo, un ser vivo- pero también de sistemas artificiales y mecánicos -como cualquier máquina o simplemente un plato de comida caliente que se va enfriando-.
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Existe una rama de la física dedicada al estudio de cómo esos sistemas cambian termodinámicamente, es decir, cómo traducen su energía o calor en movimiento. Esa disciplina es la termodinámica y la era industrial, por medio de la invención de la máquina de vapor, hizo posible su desarrollo. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.
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En pocas palabras, la Termodinámica es el fenómeno que tienen los cuerpos que se encuentran en los estados líquido, sólido y gaseoso cuando sufren un cambio de temperatura interna.
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la termodinámica: elementos y aplicaciones!
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La termodinámica (del griego θερμo, termo , que significa
«calor» y δύναμις, dínamis, que significa «fuerza») es la rama de la física que describe los estados de equilibrio a nivel macroscópico de un sistema.
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Desde un punto de vista físico, calor significa «energía en tránsito» y dinámica se refiere al «movimiento», por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento.
Un sistema es un conjunto de materia, que está limitado por una superficie, que el observador determina y que puede ser real o imaginaria. Por ejemplo, una taza con agua que está siendo calentada por una fuente de calor, como puede ser una cocina de gas, eléctrica, etc. El sistema estaría formado por la taza y el agua, mientras que la fuente de calor, el aire, etc.
conformarían el medio externo al sistema. Por supuesto, el medio es importante porque puede influir en el sistema.
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Si en el sistema no entra ni sale materia, se dice que se trata de un sistema cerrado.
Si no hay intercambio de materia y energía, entonces se habla de sistema aislado. En la naturaleza, encontrar un sistema estrictamente aislado es, por lo que sabemos, imposible, pero podemos hacer aproximaciones.
qué es y qué describe
sistema y tipos de sistemas
Por ejemplo: un coche. Le echamos combustible y él desprende diferentes gases y calor.
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Así, en un sistema abierto existe un intercambio de masa y de energía con el entorno; en cambio, en un sistema cerrado no existe un intercambio de masa con el medio circundante, sólo se puede dar un intercambio de energía; por ejemplo, un reloj de cuerda: en él ni entra ni sale materia, únicamente precisa un aporte de energía que emplea para medir el tiempo.
Un sistema aislado: se da cuando no existe el intercambio ni de masa y energía con los alrededores; el universo es un sistema aislado, ya que la variación de energía es cero. Pero cabe hablar de sistemas aislados aproximados; por ejemplo, un termo si lo consideramos lleno de comida o bebida caliente: el envase no permite el intercambio de materia e intenta impedir que la energía (calor) salga de él.
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Se llama “estado de equilibrio término” a aquel estado hacia «el que todo sistema tiende a evolucionar y que está caracterizado porque en el mismo todas las propiedades del sistema quedan determinadas por factores intrínsecos y no por influencias externas previamente aplicadas».
Tales estados terminales de equilibrio son, por definición, independientes del tiempo.
Tales estados de equilibrio son estudiados y definidos por medio de magnitudes extensivas (como la energía interna, la entropía, el volumen o la composición molar del sistema), o por medio de
estados de equilibrio térmico: qué son y cómo son medidos
magnitudes no-extensivas derivadas de las anteriores (como la temperatura, presión y el potencial químico).
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La termodinámica permite estudiar los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre sistemas térmicos diferentes.
La termodinámica describe cómo los sistemas responden a los cambios en su entorno. Esto se puede aplicar a una amplia variedad de temas de ciencia e ingeniería, tales como motores, transiciones de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte, e incluso agujeros negros.
Los resultados de la termodinámica son esenciales para la química, la física, la ingeniería química, etc.
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leyes de la termodinámica!
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Es importante remarcar que los principios o leyes de la termodinámica son válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel microscópico.
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Principio cero de la termodinámica
Este principio o ley cero, establece que existe una determinada propiedad denominada temperatura empírica que es
aplicaciones
leyes
caliente, ambos evolucionan hasta que sus temperaturas se igualan».
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Primera ley de la termodinámica
También conocida como principio de conservación de la energía. Establece que "La energía ni se crea ni se destruye: Solo se transforma".
Fue propuesta por Carnot en 1824. Más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.
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Segunda ley de la termodinámica
Esta ley -también denominada entropía- marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen).
Debido a esta ley también se afirma que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.
Así pues, el principio de entropía postula que el desorden o la tendencia al mismo de cualquier sistema cerrado es inevitable.
Entropía es una noción que significa a la vez: degradación de la energía, degradación del orden, degradación de la organización;
todo ello supone: desorden molecular, homegeneización microscópica, equilibrio térmico, imposibilidad de transformación.
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Tercera ley de la termodinámica
La tercera de las leyes de la termodinámica afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico.
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investigación !
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1. define los términos en negrita2. ¿qué invento tecnológico importante agudizó el desarrollo de la termodinámica? ¿Por qué?
3. aplicaciones de la termodinámica
4. ejemplos de sistemas abiertos, cerrados y aislados
5. Enuncia las leyes o principios de la termodinámica explicándolos mediante un ejemplo
