La tercera ley de la termodinámica establece que es imposible alcanzar la temperatura de cero absoluto. Ejemplos de esta ley incluyen la formación de cristales y la disminución de la entropía en sistemas a temperaturas muy bajas.
¿Cómo se explica la tercera ley de la termodinámica?
La tercera ley de la termodinámica establece que es imposible llegar al cero absoluto en un número limitado de pasos. En resumen, cuando se alcanza el cero absoluto (0 K), cualquier proceso en un sistema se detiene y la entropía alcanza un valor constante.
¿Qué es la entropía en termodinámica ejemplos?
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¿Cuál es la importancia de la tercera ley de la termodinámica?
La Tercera Ley de la termodinámica se originó como un modesto teorema de calor, pero a medida que se descubrieron sus implicaciones, se hizo evidente que no se podía alcanzar el 0 absoluto de temperatura. Científicos como Nernst, Simon y Giauque contribuyeron al conocimiento de este fenómeno. Gracias a la tercera ley, podemos determinar los calores específicos de las sustancias y predecir su comportamiento a bajas temperaturas, así como calcular constantes de equilibrio y funciones termodinámicas. El estudio de la tercera ley nos lleva a examinar la entropía residual causada por la Entropía configuracional isotópica y magnética, y a comprender que la entropía no es solo un número, sino un fenómeno.
¿Qué pasa cuando la entropía es cero?
En un ciclo reversible de Carnot siempre se cumple que se puede aproximar por una línea discontinua en forma de diente de sierra formada por adiabáticas color azul e isotermas color rojo. Si los ciclos son infinitesimales, la variación de entropía a lo largo de un camino cerrado es 0. La entropía se define como una función de estado y la variación de entropía en la transformación 12 es. Si la temperatura T es constante, la variación de entropía es el cociente entre el calor y la temperatura. En un ciclo reversible, la variación de entropía es cero, mientras que en todo proceso irreversible, la variación de entropía es mayor que cero. Se ha obtenido una fórmula para calcular las variaciones de entropía y se ha proporcionado su interpretación en una simulación de la tendencia hacia el estado de equilibrio de un sistema aislado de partículas interactuantes. La Segunda ley establece que la entropía de un sistema aislado nunca puede disminuir. Cuando un sistema aislado alcanza una configuración de máxima entropía, ha alcanzado el equilibrio.
¿Cómo se aplica la termodinámica en el medio ambiente?
Los avances en la termodinámica han permitido el uso de la energía para proteger el medio ambiente y promover el crecimiento de la industria. El Dr. Marco Antonio Zárate Navarro, profesor investigador de la Universidad Autónoma de Guadalajara, mencionó que los sistemas complejos de la termodinámica describen una amplia gama de fenómenos físicos, químicos y biológicos. En su investigación, se ha enfocado en aplicar la termodinámica a procesos industriales, lo cual puede ser complicado debido a que estos sistemas suelen ser tratados desde un punto de vista matemático. En los sistemas de procesos industriales, el enfoque clásico es realizar balances de propiedades conservadas como la materia y la energía. Sin embargo, también es importante considerar el balance de una cantidad no conservativa como la entropía, ya que esto permite conocer la estabilidad del sistema. El modelado de sistemas complejos tiene varias aplicaciones, siendo una de las más importantes el control automático, el cual puede contribuir indirectamente a reducir el impacto ambiental. En este sentido, se han aplicado esquemas de control avanzados, como el control en cascada, que consiste en regular un lazo interno con una dinámica más rápida, el cual a su vez comanda un lazo externo más lento. Esta investigación ha sido el resultado de la colaboración entre la UAG, la Universidad de Guadalajara y la University of Alberta en Canadá. Para obtener más información sobre este tema, se invita a leer el artículo publicado en el siguiente enlace: [enlace].
¿Por qué se dice que la energía no se crea ni se destruye?
La ley de conservación de la energía establece que la energía no puede ser creada ni destruida, solo puede convertirse de una forma a otra. Esto implica que un sistema siempre tiene la misma cantidad de energía a menos que se le agregue o se le elimine energía desde el exterior. Esta idea puede resultar confusa en el caso de las fuerzas no conservativas, donde la energía mecánica se convierte en energía térmica, pero la energía total del sistema sigue siendo la misma. La única forma de utilizar la energía es transformándola de una forma a otra.
La cantidad de energía en un sistema se determina mediante la siguiente ecuación:
donde U es la energía interna total del sistema, U0 es la energía interna inicial del sistema, W es el trabajo realizado por o sobre el sistema, y Q es el calor añadido o eliminado del sistema. También es posible determinar el cambio en la energía interna del sistema utilizando la ecuación:
Esto también es una afirmación de la primera ley de la termodinámica.
Aunque estas ecuaciones son muy poderosas, pueden dificultar la comprensión del poder de esta afirmación. El mensaje principal es que la energía no puede surgir de la nada. La sociedad debe obtener la energía de alguna fuente, aunque existen muchas fuentes disponibles, algunas son combustibles primarios y otras son flujos de energía primarios.
A principios del siglo XX, Einstein descubrió que incluso la masa es una forma de energía, lo que se conoce como equivalencia masa-energía. La cantidad de masa está directamente relacionada con la cantidad de energía, como lo indica la famosa fórmula de la física:
donde E es la cantidad de energía de un objeto o sistema, m es la masa del objeto o sistema, y c es la velocidad de la luz, aproximadamente.
¿Quién fue el creador de la tercera ley de la termodinámica?
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Explicar el impacto del cero absoluto en la entropía
La tercera ley de la termodinámica establece que la entropía de un cristal perfecto a cero absoluto es igual a cero.
A cero kelvin, el sistema debe estar en un estado con la mínima energía posible, por lo que esta afirmación de la tercera ley se cumple si el cristal perfecto tiene solo un estado mínimo de energía. La entropía está relacionada con el número de microestados posibles y, con solo un microestado disponible a cero kelvin, la entropía es cero.
La tercera ley fue desarrollada por el químico Walther Nernst entre los años 1906 y 1912. A menudo se le conoce como el teorema o postulado de Nernst. Nernst propuso que la entropía de un sistema a cero absoluto sería una constante bien definida. En lugar de ser cero, la entropía a cero absoluto podría ser una constante distinta de cero debido a que un sistema puede tener degeneración, es decir, varios estados terrestres con la misma energía.
En términos simples, la tercera ley establece que la entropía de un cristal perfecto tiende a cero a medida que la temperatura absoluta tiende a cero. Esta ley proporciona un punto de referencia absoluto para determinar la entropía. Los diagramas de entropía-temperatura del nitrógeno representan la entropía absoluta de la siguiente manera:
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Temperatura Entropía del Nitrógeno Diagrama de entropía-temperatura del nitrógeno. La curva roja a la izquierda es la curva de fusión. El valor absoluto de la entropía se puede determinar aquí gracias a la tercera ley de la termodinámica.
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donde kB es la constante de Boltzmann y W es el número de microestados. Siempre que el estado fundamental sea único (W=1), la entropía de una celosía cristalina perfecta, según el teorema de Nernst, es cero, porque log10.
¿Dónde se aplica la termodinámica ejemplos?
En este artículo te explicamos de manera sencilla en qué consiste la termodinámica, sus leyes y principios, así como algunos ejemplos de cómo se aplican en la vida cotidiana.
La termodinámica es una rama de la física que se encarga de estudiar la relación entre el calor y otras formas de energía. Analiza los efectos que tienen los cambios de temperatura, presión, densidad, masa y volumen en los sistemas a nivel macroscópico. El término termodinámica proviene del griego “thermós” que significa calor, y “dynamos” que significa poder o fuerza.
El estudio formal de la termodinámica comenzó en 1650 gracias a Otto von Guericke, un físico y jurista alemán que diseñó y construyó la primera bomba de vacío. Con sus aplicaciones, refutó la idea de Aristóteles de que la naturaleza aborrece el vacío. Posteriormente, los científicos Robert Boyle y Robert Hooke perfeccionaron sus sistemas y observaron la correlación entre presión, temperatura y volumen, sentando las bases de la termodinámica.
La importancia práctica de la termodinámica radica en la diversidad de fenómenos físicos que describe. Gracias a este conocimiento, se ha logrado un gran avance tecnológico en diversos campos.
La termodinámica estudia y clasifica las interacciones entre diferentes sistemas termodinámicos. Un sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, que están relacionadas entre sí mediante ecuaciones de estado. Estas ecuaciones se pueden combinar para expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos, que son útiles para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas, los procesos espontáneos y el intercambio de energía con el entorno.
Las leyes de la termodinámica se enunciaron durante el siglo XIX y regulan las transformaciones termodinámicas, su progreso y sus límites. Estos principios son axiomas basados en la experiencia y son la base de toda la teoría termodinámica.
El principio cero de la termodinámica establece que cuando dos sistemas en interacción están en equilibrio térmico, comparten propiedades que pueden medirse con precisión. Esto significa que cuando dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio entre sí y comparten la misma temperatura.
El primer principio de la termodinámica, también conocido como la primera ley de la termodinámica, establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Esto significa que si se realiza trabajo sobre un sistema o si intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Este principio se descompone en dos partes: el principio de la accesibilidad adiabática y el principio de conservación de la energía.
El segundo principio de la termodinámica establece que es imposible realizar una máquina cíclica que tenga como único resultado transferir calor de un cuerpo frío a un cuerpo caliente. También se puede afirmar que es imposible llevar a cabo una transformación en la que el calor tomado de una sola fuente se convierta en trabajo mecánico.
El tercer principio de la termodinámica está relacionado con el segundo y establece que es imposible alcanzar el cero absoluto con un número finito de transformaciones. Además, proporciona una definición precisa de la magnitud llamada entropía. También establece que la entropía de un sólido perfectamente cristalino a 0 kelvin es igual a 0.
La termodinámica se aplica en una amplia variedad de temas en ciencia e ingeniería, como motores, transiciones de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte y agujeros negros. Algunos ejemplos de aplicaciones prácticas incluyen la cocina, la ciencia de los materiales, aplicaciones industriales, arquitectura y generación de electricidad.
En resumen, la termodinámica es una rama de la física que estudia la relación entre el calor y otras formas de energía. Sus leyes y principios son fundamentales para comprender y aplicar los fenómenos físicos en diversos campos de la ciencia y la ingeniería.
Concluir
La termodinámica se aplica en diversos campos como la ingeniería, la física, la química y la biología. Ejemplos de su aplicación incluyen el diseño de motores, la producción de energía, la refrigeración y el estudio de reacciones químicas.
La tercera ley de la termodinámica establece que es imposible alcanzar la temperatura de cero absoluto. Esto se explica debido a que a medida que la temperatura se acerca a cero, la entropía de un sistema tiende a cero.
La importancia de la tercera ley de la termodinámica radica en que establece un límite fundamental para la temperatura y la entropía de un sistema. Además, proporciona una base teórica para el estudio de la energía y la entropía en sistemas físicos y químicos.
La entropía en termodinámica es una medida del desorden o la falta de organización en un sistema. Ejemplos de entropía incluyen la dispersión de calor en un sistema, la mezcla de sustancias y la expansión de un gas.
La tercera ley de la termodinámica fue formulada por el físico alemán Walther Nernst en 1906.
La afirmación de que la energía no se crea ni se destruye se basa en el principio de conservación de la energía, que establece que la cantidad total de energía en un sistema aislado se mantiene constante. La energía puede transformarse de una forma a otra, pero no puede ser creada ni destruida.
Cuando la entropía de un sistema es cero, significa que el sistema se encuentra en un estado de orden perfecto y no hay desorden ni falta de organización. Sin embargo, en la práctica, es extremadamente difícil o imposible alcanzar un estado de entropía cero.
La termodinámica se aplica en el medio ambiente en el estudio de procesos como la transferencia de calor, la producción de energía renovable y la eficiencia energética. También se utiliza para analizar el impacto de las actividades humanas en el equilibrio térmico de la Tierra y el cambio climático.
Enlace fuente
https://blog.veto.cl/2020/11/05/termodinamica-que-es-y-donde-se-aplica/
http://termosistemas.com.ar/sitio/vernota.php?nota=302
http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/handle/RepoFi/17615
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/segundo/segundo.htm
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