Progresión 8. Termodinámica.

 Termodinámica.

Rama de la física que estudia y describe cómo la energía se transforma de una forma a otra y  cómo afecta a la materia. La termodinámica ha estado ligada a la física y a la ingeniería desde su concepción.

Durante el siglo XVIII, la termodinámica comenzó a tomar forma impulsada por los avances en la tecnología de la máquina de vapor, desarrollada por Thomas Newcomen y mejorada por James Watt, que convertía el calor en trabajo mecánico, planteándose preguntas fundamentales sobre la naturaleza del calor y la eficiencia energética. Paralelamente, la teoría del calórico, que consideraba el calor como un fluido invisible, dominaba el pensamiento científico. Figuras como Joseph Black contribuyeron con investigaciones clave sobre el calor específico y los cambios de fase, como la fusión del hielo, ampliando la comprensión del calor y su comportamiento.

El siglo XIX fue un periodo de avances cruciales en la termodinámica, marcado por la formulación de sus leyes fundamentales. Sadi Carnot, en su obra "Reflexiones sobre la Potencia Motriz del Fuego" de 1824, analizó la eficiencia de las máquinas térmicas, sentando las bases para la segunda ley de la termodinámica. Rudolf Clausius y  William Thomson (Lord Kelvin) fueron pioneros en la determinación de la primera y segunda leyes de la termodinámica, con Clausius introduciendo el concepto de entropía en 1865.

Paralelamente, los experimentos de James Joule y otros relacionaron el trabajo mecánico con el calor, conduciendo también a la primera ley de la termodinámica, conocida como la ley de la conservación de la energía. Además, el desarrollo de la teoría cinética de los gases con las aportaciones de James Clerk Maxwell y Ludwig Boltzmann vinculó las propiedades macroscópicas de éstos con el comportamiento de sus partículas microscópicas, enriqueciendo la comprensión de la materia desde una perspectiva molecular.

Ley cero de la termodinámica.

Cuando la energía se transfiere en forma de calor, siempre fluye del cuerpo o a partir del sistema de mayor temperatura al cuerpo o parte del sistema de menor temperatura.

Los cubos que están en contacto entre sí, eventualmente alcanzarán el equilibrio térmico
y se encontrarán a la misma temperatura.

Por ejemplo, si agregas unos cuantos hielos al agua contenida en un vaso, el líquido se enfriará a la par que los hielos se calentarán. En este caso, el calor fluirá del líquido a los sólidos. Al final, los hielos se habrán derretido cambiando de estado de agregación, sumándose al volumen del liquido que había originalmente. En este  punto, ya no habrá flujo de calor, pues no habrá diferencias de temperatura dentro del sistema: se  habrá llegado al equilibrio térmico.

🔍Equilibrio térmico.

Con lo anterior se demuestra que, si existen dos cuerpos en equilibrio térmico de forma independiente con un tercero, también estarán en equilibrio térmico entre sí. Este principio se denomina Ley cero de la termodinámica.

🔍Ley cero de la termodinámica.

Algunas actividades cotidianas pueden provocar un consumo innecesario de energía, que podría ahorrarse, por ejemplo, mantener la puerta abierta en un refrigerador con puerta transparente mientras eliges lo que vas a consumir, permite que el aire caliente del exterior aumente la temperatura del interior, lo cual tendrá que regularse mediante un consumo adicional de energía eléctrica. Lo ideal es elegir y, posteriormente, abrir.