Al món de la física hi ha una branca que s'encarrega d'estudiar les transformacions que es produeixen per la calor i el treball en un sistema. Es tracta de la termodinàmica. És una branca de la física que s'encarrega d'estudiar totes les transformacions que només són el resultat de processos que impliquen canvis en les variables d'estat tant de temperatura com d'energia a nivell macroscòpic. Per aprofundir més en aquest tema, podeu consultar els principis de la termodinàmica i també els sistemes d'unitats de temperatura.
En aquest article anem a explicar-te tot el que has de saber sobre la termodinàmica i els principis de la termodinàmica.
característiques principals
Si fem una anàlisi de la termodinàmica clàssica veiem que es basa en el concepte de sistema macroscòpic. Aquest sistema no és més que una porció de massa física o conceptual que es troba separada de l'entorn extern. Per poder estudiar millor els sistemes termodinàmics sempre se suposa que és una massa física que no es veu pertorbada per l'intercanvi d'energia amb l'ecosistema extern.
L'estat d'un sistema macroscòpic què està en condicions d'equilibri s'especifica mitjançant quantitats anomenades variables termodinàmiques. Totes aquestes variables les coneixem i són la temperatura, la pressió, el volum i la composició química. Totes aquestes variables són les que defineixen els sistemes i el seu equilibri. Les principals notacions que es tenen en termodinàmica química han estat establertes gràcies a la unió internacional aplicada. Amb aquestes unitats es pot treballar i explicar millor la llei de la termodinàmica. A més, l‟estudi de l‟ entropia també és fonamental en aquest àmbit.
Tot i això, hi ha una branca de la termodinàmica que no estudia l'equilibri, sinó que s'encarreguen d'analitzar els processos termodinàmics que es caracteritzen principalment per no tenir la capacitat d'aconseguir condicions d'equilibri de manera estable. Això es relaciona amb la importància de comprendre el comportament de cicles termodinàmics en aquests processos.
Lleis
Els principis es van denunciar durant el segle XIX i s'encarreguen de regular totes les transformacions i el seu progrés. També analitzen quins són els límits reals per poder tenir una concepció verídica. Són axiomes que no poden ser provats, però són indemostrables basats en l'experiència. Tota teoria de la termodinàmica es basa en aquests principis. Podem distingir 3 principis bàsics més el principi zero que és el que defineix la temperatura i que està implícit als altres 3 principis.
Llei zero
Descriurem quines aquesta llei zero què és la primera que s'encarrega de descriure la temperatura que està implícita a la resta de principis. Quan dos sistemes interactuen entre ells i estan en equilibri tèrmic, comparteixen algunes de les propietats. Aquestes propietats que comparteixen entre ells es poden mesurar i se'ls atorga un valor numèric. Com a resultat, si els dos sistemes estan en equilibri amb un tercer, estaran en equilibri entre si i la propietat que és compartida és la temperatura.
Per això, aquest principi zero simplement afirma que si un cos A estava en equilibri amb un cos B i aquest cos B està en equilibri tèrmic amb un cos C, aleshores els cossos A i C també estaran en equilibri tèrmic. Aquest principi ajuda a entendre lintercanvi de calor entre cossos a diferents temperatures. Per a aquells que vulguin entendre millor aquestes lleis, recomano visitar la pàgina de les branques de la física.
Primera llei de la termodinàmica
Quan un cos es col·loca en contacte amb un cos més fred es té lloc una transformació que condueix a un estat d'equilibri. Aquest estat dequilibri es basa que la temperatura dels dos cossos són iguals, ja que es realitza una transferència denergia entre el cos calent i el cos fred. Per poder explicar aquest fenomen els científics van suposar que una substància calenta que està present en més quantitats, passava al cos més fred. Es va pensar en un fluid que es pogués moure a través de la massa per poder intercanviar la calor.
Aquest principi s?encarrega d?identificar la calor com una forma d?energia. No és una substància material. D'aquesta manera, es va poder demostrar que la calor, que es mesura en calories i la feina que es mesura al juliol, són equivalents. Per això, sabem avui dia que una caloria és aproximadament 4,186 juliols.
Es pot dir que el primer principi de la termodinàmica és un principi de conservació de lenergia. Una quantitat d'energia en una màquina tèrmica s'arriba a convertir en feina i no hi ha cap màquina que pugui arribar a produir aquesta feina sense consumir energia. Podem establir aquest primer principi com: la variació de l'energia interna d'un sistema termodinàmic tancat és igual a la diferència que hi ha entre la calor subministrada al sistema i el treball realitzat per aquest sistema a l'ambient.
Segona llei de la termodinàmica
Aquest principi estableix que és impossible fer una màquina cíclica que tingui com a únic resultat la transferència de calor d'un cos fred a un cos càlid. Podem dir que és impossible que es pugui dur a terme una transformació el resultat de la qual només serà convertir la calor que hem extret d'una sola font en treball mecànic.
Aquest principi s'encarrega de negar la possibilitat que hi hagi el moviment perpetu conegut de la segona espècie. Sabem que l'entropia d'un sistema roman aïllada sense canvis quan té lloc una transformació reversible.
Tercera llei de la termodinàmica
Aquest darrer principi està estretament relacionat amb el segon i se'n considera com a conseqüència. Aquest principi afirma que no es pot assolir el zero absolut a color nombre finit de transformacions. Sabem que el zero absolut no és més que la temperatura mínima que es pugui assolir. A unitats kelvin sabem que és 0, però en graus Celsius té un valor de -273.15 graus.
També estableix que l'entropia per a un sòlid que és perfectament cristal·lí que es troba a una temperatura de 0 Kelvin és igual a 0. Això vol dir que no existiria entropia, de manera que el sistema seria totalment estable. L'energia d'alliberament, de translació i de rotació de les partícules que el componen no seria res a la temperatura de 0 kelvin.
Espero que amb aquesta informació puguin conèixer més sobre la termodinàmica i els principis bàsics.