Materia y energía
La materia y energía interactúa entre sí de forma continua. De hecho, la materia estaría en un estado estático de forma estable si no fuera por la energía. De esta forma, materia y energía están interactuando entre sí constantemente, donde la materia sería el sujeto pasivo que padece la acción de la energía, mientras que la energía sería el sujeto activo que modificaría el estado de reposo o movimiento de la materiaLas tres leyes de la termodinámica definen las cantidades físicas ( temperatura , energía y entropía ) que caracterizan los sistemas termodinámicos en equilibrio térmico . Las leyes describen cómo se comportan estas cantidades en diversas circunstancias, y excluyen la posibilidad de ciertos fenómenos (como el movimiento perpetuo ).
Las tres leyes de la termodinámica son (SANCHEZ 2017)
- Primera ley de la termodinámica : cuando la energía pasa, como trabajo , como calor , o con la materia, dentro o fuera de un sistema, la energía interna del sistema cambia de acuerdo con la ley de conservación de la energía . De manera equivalente, las máquinas de movimiento perpetuo del primer tipo (máquinas que producen trabajo sin entrada de energía) son imposibles.
- Segunda ley de la termodinámica : en un proceso termodinámico natural , la suma de las entropías de los sistemas termodinámicosminteractivos aumenta. De manera equivalente, las máquinas de movimiento perpetuo del segundo tipo (máquinas que convierten espontáneamente la energía térmica en trabajo mecánico) son imposibles.
- Tercera ley de la termodinámica : la entropía de un sistema se aproxima a un valor constante a medida que la temperatura se acerca al cero absoluto .Con la excepción de los sólidos no cristalinos ( vidrios ), la entropía de un sistema en el cero absoluto suele ser cercana a cero.
Además, se agrega convencionalmente una "ley cero", que define el equilibrio térmico :
- Ley cero de la termodinámica : si dos sistemas están cada uno en equilibrio térmico con un tercer sistema, están en equilibrio térmico entre sí. Esta ley ayuda a definir el concepto de temperatura.
Ha habido sugerencias de leyes adicionales, pero ninguna de ellas alcanza la generalidad de las cuatro leyes aceptadas, y no se mencionan en los libros de texto estándar.
Las leyes de la termodinámica son leyes fundamentales importantes en la física y son aplicables en otras ciencias naturales .
- La primera ley de la termodinámica se puede afirmar de varias maneras:
El aumento en la energía interna de un sistema cerrado es igual al total de la energía agregada al sistema. En particular, si la energía que ingresa al sistema se suministra como calor y si la energía sale del sistema como trabajo, el calor se contabiliza como positivo y el trabajo como negativo.
En el caso de un ciclo termodinámico de un sistema cerrado, que vuelve a su estado original, el calormQ en suministrada al sistema en una etapa del ciclo, menos el calor Q fuera eliminado de él en otra etapa del ciclo, además del trabajo agregado al sistema W en es igual al trabajo que deja el sistema W fuera .
Por lo tanto, para un ciclo completo,
Para el caso particular de un sistema aislado térmicamente (aislado adiabáticamente), el cambio de la energía interna de un sistema aislado adiabáticamente solo puede ser el resultado del trabajo agregado al sistema, porque el supuesto adiabático
- La segunda ley de la termodinámica indica la irreversibilidad de los procesos naturales y, en muchos casos, la tendencia de los procesos naturales a conducir hacia la homogeneidad espacial de la materia y la energía, y especialmente de la temperatura. Se puede formular en una variedad de formas interesantes e importantes.
Implica la existencia de una cantidad llamada entropía de un sistema termodinámico. En términos de esta cantidad implica que
Cuando dos sistemas inicialmente aislados en regiones separadas pero cercanas del espacio, cada uno en equilibrio termodinámico consigo mismo pero no necesariamente entre sí, se les permite interactuar, finalmente alcanzarán un equilibrio termodinámico mutuo. La suma de las entropías de los sistemas inicialmente aislados es menor o igual que la entropía total de la combinación final. La igualdad se produce justo cuando los dos sistemas originales tienen todas sus respectivas variables intensivas (temperatura, presión) iguales; entonces el sistema final también tiene los mismos valores.
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