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Español: “EL UNIVERSO Y LA TERMODINAMICA”

El universo es una contradictoria constante, empezando desde preguntas y paradojas que surgen en nuestra vida cotidiana día con día.

El nombre de la termodinámica viene del movimiento o transferencia ósea dinámica y del calor que significa termo.

La ciencia de la termodinámica se desarrolló a principios del siglo XIX, antes de que se comprendiera la teoría atómica y molecular de la materia, como los primeros científicos que se dedicaron a la termodinámica solo tenían vagas nociones de los átomos y no sabían nada acerca de los electrones y otras partículas microscópicas, ya que todos los modelos que se emplearon recurrían a modelos macroscópicos como la presión, la temperatura, el trabajo, así como también los papeles que desempeñan cada uno de estos en la transformación de energía.

La base de la termodinámica es la conservación de la energía y el hecho que el calor se transmite de lo caliente a lo frio. Esta ciencia proporciona la teoría básica de las máquinas térmicas, desde las turbinas de vapor hasta los reactores nucleares.

Ningún cambio es posible si no es por un intercambio genético, si no por una transferencia de energía en algunos de sus formas. En este proverbio podemos deducir y cuantificar que la energía ya sea en procesos físicos o químicos pueden ser voluntarios o también ser provocados.

Hoy en día podemos decir que la termodinámica es la ciencia que estudia tanto la transformación de la energía siempre visto desde un punto macroscópico, siempre teniendo en cuenta que para ello tiene que relacionar tanto las propiedades de la materia en cualquiera de su comportamiento ya sea físico o químico. La termodinámica estudia la energía que produce toda la materia del universo en movimiento, la transferencia de esta energía y su capacidad para producir un trabajo. Los científicos dedicados a este tema se percataron que una máquina de movimiento “infinito” no era posible. Para entender perfectamente esto, la termodinámica se basa en tres leyes fundamentales y que son considerablemente aplicables, pues dichas leyes van a poder decretar que la energía del universo es constante y que la entropía que es la medida del desorden de un sistema, está siempre en aumento. Estas tres leyes no se van a proceder sino a deducir de nuestra particular experiencia y destreza, pues van a sintetizar las características universales de nuestros propios hábitos y costumbres realizadas cotidianamente.

                                                            “El desorden de la energía la agradece el universo”
                                                                    BIO. Ariel Villaseñor García

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA

El universo se encuentra en equilibrio constante y cuando aplicamos energía el equilibrio se pierde y se produce una reacción donde el total de energía que utiliza, que pierde y el que resulta se le llama ENTALPIA. Este resultado nos deja muy claro el primer principio “La Materia no se crea ni se destruye solo se transforma”.

El resultado puede ser EXOTERMICO cuando libera calor, endotérmico cuando absorbe calor y cuando no hay intercambio de calor se le llama ISOTERMICO.

El desequilibrio que se produce en el universo se representa en nuestra vida diaria en lo que conocemos como los tres estados de la materia: liquido, sólido y gaseoso, cuando calentamos agua o cocemos un huevo; dando lugar a cambios reversibles e irreversibles. Cuando calentamos agua aplicamos energía en forma de calor y produce una reacción de evaporación que al condensarse se vuelve a su estado inicial provocando un cambio reversible; en cambio al cocer un huevo la consistencia de este cambia en forma irreversible de modo que no vuelve a su estado inicial, a fin de cuentas estos cambios y la energía que utilizamos crean un desequilibrio en el que la energía que invertimos es con el fin de un beneficio propio.

SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA

                                               "En esta casa obedecemos las leyes de la termodinámica"
                                                                                       Homero Simpson

Con precisos y adecuados procedimientos, una cantidad de trabajo mecánico puede convertirse totalmente en calor, y aunque teóricamente esta acción es posible inversamente. Pero en nuestros hábitos y costumbres, se puede confirmar la posibilidad de convertirse totalmente trabajo en calor, pero existen limitaciones para la eventualidad inversa, la de utilizar una cantidad de calor para producir trabajo mecánico, ahora más sencillo, y es aquí donde podemos dar como resultado el segundo principio de la termodinámica.

Hay un término de vital importancia para este segundo principio y ese es la ENTROPIA, siendo la función de estado que va a medir el grado de desorden de un sistema. Y de aquí parte el segundo principio de la termodinámica que relacionándolo con el universo y su alteración es siempre positiva para todos los procesos espontáneos, teniendo en cuenta que dichos procesos son cuando en cualquier cambio sea físico o químico se dará una liberación de energía, pero cuando a estos procesos se les requiere dar un soporte de energía para que pueda realizar o mantener el cambio que se requiera este proceso será no espontaneo.

Por ende el segundo principio de la termodinámica nos dice que la cantidad de entropía del universo tiende a aumentarse en el tiempo, asimismo el universo tiende a desorganizarse, y de igual forma puede ocurrir en cualquiera de los procesos de los seres vivos, pues el crecimiento de la entropía ocurre en todo su entorno. Para ello surgió una fórmula para la medición de la entropía la cual es la siguiente: ∆Suniv= ∆Ssis+∆ent

El segundo principio de la termodinámica comienza a estudiarse gracias y mediante varios físicos, el primero y el más importante el físico alemán Julius Clausius (1882-1888), quien establece este segundo principio hacia el año 1850, siguiéndole como base a ello William Thompson (1824-1907), partiéndose desde años atrás estudios realizados por el francés Sadi Carnot (1796-1832). Y eh aquí donde puede enunciarse el segundo principio de la termodinámica, cuando se usa cierta cantidad de calor, derivado de una fuente térmica, que es el cuerpo capaz de proceder calor, por ejemplo en virtud de una temperatura muy elevada, con la finalidad de producir un trabajo mecánico, como por ejemplo la que se produce en una máquina de vapor o en otros motores térmicos.

TERCER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA

En principio, no hay límite superior de temperatura, a medida que aumenta el movimiento térmico, un objeto solido primero se funde y después se evapora, al aumentar más la temperatura las moléculas se descomponen también en átomos y estos pierden algunos o todos sus electrones, transformándose en una nube de partículas con carga eléctrica: un plasma.

En contraste, este estado existe en las estrellas donde la temperatura es de muchos millones de grados Celsius, si hay un límite definido en el otro extremo de la escala de temperaturas, los gases se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Como comentamos anteriormente durante el siglo XIX se encontró que todos los gases, independientemente de sus presiones o volúmenes iniciales, 0°C cambian su volumen 1/273 partes por cada grado Celsius de cambio de temperatura si la presión permanece constante, así si un gas se enfriara a 273° C de acuerdo con esta regla se contraería 273/273 partes de su volumen, es decir su volumen se reducirá a cero. Es claro que no se puede tener una sustancia con volumen cero.Cuando los átomos y moléculas pierden toda su energía cinética disponible llegan al cero absoluto de temperatura, no se puede extraer energía de una sustancia y no es posible bajar más su temperatura. En realidad esa temperatura límite es de 273.15° bajo cero en la escala de Celsius lo que equivale a 0°K.

Toda la materia está formada por átomos o moléculas en constante movimiento, el que los átomos y moléculas se combinen para formar, sólidos, líquidos y gases o plasma depende de la rapidez con que se muevan. En virtud de su movimiento, las moléculas o los átomos de la materia poseen energía cinética. Siempre que algo se caliente aumenta la energía de sus partículas. El número cero se asigna a la mínima temperatura posible, el cero absoluto se le da a la sustancia en la que no hay energía cinética en absoluto para dar o compartir. La tierra es una gran máquina que nunca deja de funcionar, para que esto funcione una de sus partes tiene que funcionar a una temperatura más que otra, en nuestro mundo por ejemplo el calor que circula en uno de los polos es menor al calor del ecuador, si todo lo que existe en la tierra alcanzara su estado final o estado de equilibrio térmico. La ley cero existe para cada sistema termodinámico en equilibrio una propiedad llamada temperatura, la igualdad de la temperatura es una condición necesaria y suficiente para un equilibrio térmico.

BIBLIOGRAFIA:

Enciclopedia gran asesor interactivo, física y química tomo 3 edición 2003. Segundo principio de la termodinámica p.77.

Las Bases Moleculares de la Vida, Bioquímica Cuarta Edición 2009. Trudy McKee/James R. McKee P. 106-118