Energía, trabajo y medio ambiente

Hola, les traemos hoy la continuación de la antología para décimo año; disfrútala!

LA TERMODINÁMICA

Es el campo de la Física que describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas macroscópicos de materia y energía. Los principios de la termodinámica  tienen una importancia fundamental para todas las ramas de la ciencia y la ingeniería.

Primera ley de la termodinámica: esta se basa en la ley de conservación de la energía, establece que la energía  puede convertirse de una forma a otra; pero no se puede crear ni destruir.

Segunda ley de la termodinámica:  da una definición precisa de una propiedad llamada entropía. La entropía puede considerarse como una medida de lo próximo o no que se halla un sistema al equilibrio, también puede considerarse como una medida del desorden (espacial y térmico) del sistema. La segunda ley afirma que la entropía, o sea el desorden, de un sistema aislado  nunca puede decrecer. Por tanto cuando un sistema aislado alcanza una configuración de máxima entropía, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio.

La naturaleza parece pues “preferir” el desorden y el caos. Puede demostrarse que el segundo principio implica que si no  se realiza un trabajo, es imposible transferir calor  desde una región de temperatura más baja a una región de temperatura más alta.

Entropía: medida del desorden de un sistema físico, y por tanto de su proximidad al equilibrio térmico. La entropía  ( S ) es una medida directa de la aleatoriedad o del desorden de un sistema. A medida que aumenta el desorden de un sistema, mayor será su entropía. Por el contrario, cuanto más grande sea el orden de un sistema, menor será su entropía.

Una manera de ejemplificar el orden y el desorden es con una baraja de cartas. Una baraja nueva  está ordenada de una forma específica ( las cartas están del as al rey y las figuras van  de espadas a corazones, a diamantes y bastos ). Una vez una vez que se barajan las cartas, se desordenan tanto en la secuencia numérica como en el de las figuras. Es posible, pero extremadamente improbable, que después de barajar las cartas se restablezca el orden original. Hay muchas formas en que las cartas pueden estar desordenadas, pero sólo hay una para ordenarlas de acuerdo con la definición  presentada.

Procesos espontáneos y la entropía: Una reacción que sí ocurre en determinadas condiciones se conoce como reacción espontánea. Si no ocurre en ese conjunto de condiciones, se dice que no es espontánea. Todos los días se observan procesos físicos y químicos espontáneos; entre los que se incluyen muchos ejemplos:

v  Una cascada de agua cae pero nunca sube espontáneamente.

v  El calor fluye de un proceso más caliente a otro más frío, pero lo inverso nunca ocurre de manera espontánea.

v  Un terrón de azúcar se disuelve en forma espontánea en una taza de café, pero el azúcar disuelto nunca reaparece espontáneamente  en su forma original.

v  El agua se congela de modo espontáneo debajo de 0°C y el hielo se funde en forma espontánea arriba de 0°C (a 1 atm ).

v  El  hierro expuesto al agua y al oxígeno forma herrumbre, pero esta nuca retorna de manera espontánea al hierro.

Entalpía: Es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que este puede intercambiar con su entorno.

Tercera ley de la termodinámica: esta afirma que el cero absoluto no puede alcanzarse por ningún procedimiento que conste de un número finito de pasos. Es posible acercarse  indefinidamente al cero absoluto, pero nunca se puede llegar a él.

CALOR Y TEMPERATURA

CALOR: Es la transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos en virtud de la transferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito  de mayor temperatura a menor temperatura, según lo expuesto por el científico James Prescott Joule.

TEMPERATURA: Es el grado de agitación térmica de las moléculas o propiedad de los sistemas que determinan si están en equilibrio térmico. Es una medida del calor o frialdad de un cuerpo sin que se produzca fusión o ebullición.

Escalas de temperatura:

En el Sistema Internacional de Unidades corresponde al Kelvin.

Celsius:

Fahrenheit:

Rankine:

Remour:

Conversión de escalas termométricas:

TABLA DE CONVERSIONES DE TEMPERATURA

°C a °F:     °F = 9 x °C / 5 + 32               o                               °F = 1,8 x °C+ 32      

°F a °C:    °C = 5 (°F – 32) / 9

°C a K:       K = °C + 273                                        K a °C:        °C = K - 273  

Derechos de autor: Licenciado Marco Triguero