La termodinámica permite predecir cómo han de comportarse los sistemas químicos desde un nivel supraatómico, pero no cómo se comportarán. Pero también indica el estado de un sistema, pero no dice nada acerca de que camino toma el sistema al cambiar de un estado a otro.
Índice
Las leyes de la termodinámica
La termodinámica consta de 4 leyes y algunas de ellas son las más importantes de la física. Estas son las siguientes:
- La Ley cero de la termodinámica: cuando dos sistemas termodinámicos están cada uno en equilibrio térmico con un tercero. Entonces tienen un equilibrio térmico entre sí.
- Primera ley de la termodinámica: la energía no puede ser creada ni destruida, se transforma. En cualquier proceso, la energía total siempre permanece igual. Para un ciclo termodinámico, el calor suministrado al sistema es igual al trabajo realizado por el sistema.
- Segunda ley de la termodinámica: la entropía de un sistema aislado que está en desequilibrio, tenderá a aumentar en el tiempo. Acercándose a un valor máximo en equilibrio.
- Tercera ley de la termodinámica: mientras la temperatura se va acercando al cero absoluto, la entropía de un sistema se aproximará a un mínimo constante.
¿Qué es la entropía?
Antes de explicar las leyes, es importante explicar que es la entropía en la termodinámica. Es la palabra clave en la segunda y tercera ley, pero también aparece en todas partes. En pocas palabras, es la medida del desorden y la aleatoriedad en un sistema.
La termodinámica permite saber cómo se produce la energía al utilizar el principio de la conservación de energía. Es decir, no se crea ni destruye, solo se transforma. Por lo que el calor es una energía procedente de otra.
La ley cero
La ley cero en realidad lleva ese nombre porque viene después de las otras tres. Las primeras tres leyes ya habían sido descubiertas por un tiempo antes de haberse entendido esta ley.
Pero la verdad esta ley es tan importante y fundamental que debía ir antes que las otras 3. Por lo que en lugar de cambiar el nombre de las primeras 3, se llamó la ley cero para estar de primero en la lista.
Esta ley puede simplificarse en la siguiente frase. “Si dos sistemas termodinámicos están cada uno en equilibrio térmico con un tercero, entonces están en equilibrio térmico entre sí”.
La primera ley de la termodinámica
Esta ley establece que la energía no se destruye ni crea, sino que se conserva cambiando de un estado a otro. Es decir, la energía en un sistema puede convertirse en trabajo, en calor u otra cosa. Pero siempre tendrá el mismo total con el que hubo en su inicio.
La ley puede resumirse en la siguiente frase: “La cantidad total de energía en un sistema aislado se conserva”.
La segunda ley
Esta es la ley más famosa entre los científicos y de las más importantes en la ciencia. Puede resumirse con la siguiente frase: “La entropía del universo tiende a un máximo”. Esto significa que la entropía puede mantenerse o aumentar, pero nunca podrá bajar.
La tercera ley
La tercera y última ley de la termodinámica, permite obtener un punto de referencia absoluto para medir la entropía. Puede resumirse con la siguiente frase: “A medida que la temperatura de un sistema se va acercando al cero absoluto (-273.15 ºC o 0 K), entonces el valor de la entropía se acerca a un mínimo”.
Normalmente, el valor de la entropía es de 0 K. Pero puede haber casos donde existe una pequeña cantidad de entropía residual en el sistema.