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CICLO DE CARNOT
EL CICLO IDEAL DE CARNOT FUE PROPUESTO POR EL FÍSICO FRANCÉS SADI CARNOT, QUE VIVIÓ A PRINCIPIOS DEL SIGLO XIX. UNA MÁQUINA DE CARNOT ES PERFECTA, ES DECIR, CONVIERTE LA MÁXIMA ENERGÍA TÉRMICA POSIBLE EN TRABAJO MECÁNICO. CARNOT DEMOSTRÓ QUE LA EFICIENCIA MÁXIMA DE CUALQUIER MÁQUINA DEPENDE DE LA DIFERENCIA ENTRE LAS TEMPERATURAS MÁXIMA Y MÍNIMA ALCANZADAS DURANTE UNCICLO. CUANTO MAYOR ES ESA DIFERENCIA, MÁS EFICIENTE ES LA MÁQUINA. POR EJEMPLO, UN MOTOR DE AUTOMÓVIL SERÍA MÁS EFICIENTE SI EL COMBUSTIBLE SE QUEMARA A MAYOR TEMPERATURA O LOS GASES DE ESCAPE SALIERAN A MENOR TEMPERATURA.
UN CONCEPTO ESENCIAL DE LA TERMODINÁMICA ES EL DE SISTEMA MACROSCÓPICO, QUE SE DEFINE COMO UN CONJUNTO DE MATERIA QUE SE PUEDE AISLAR ESPACIALMENTE Y QUE COEXISTE CON UN ENTORNOINFINITO E IMPERTURBABLE. EL ESTADO DE UN SISTEMA MACROSCÓPICO SE PUEDE DESCRIBIR MEDIANTE PROPIEDADES MEDIBLES COMO LA TEMPERATURA, LA PRESIÓN O EL VOLUMEN, QUE SE CONOCEN COMO VARIABLES DE ESTADO. ES POSIBLE IDENTIFICAR Y RELACIONAR ENTRE SÍ MUCHAS OTRAS VARIABLES TERMODINÁMICAS (COMO LA DENSIDAD, EL CALOR ESPECÍFICO, LA COMPRESIBILIDAD O EL COEFICIENTE DE DILATACIÓN), CON LO QUE SE OBTIENE UNADESCRIPCIÓN MÁS COMPLETA DE UN SISTEMA Y DE SU RELACIÓN CON EL ENTORNO. TODAS ESTAS VARIABLES SE PUEDEN CLASIFICAR EN DOS GRANDES GRUPOS: LAS VARIABLES EXTENSIVAS, QUE DEPENDEN DE LA CANTIDAD DE MATERIA DEL SISTEMA, Y LAS VARIABLES INTENSIVAS, INDEPENDIENTES DE LA CANTIDAD DE MATERIA.
CUANDO UN SISTEMA MACROSCÓPICO PASA DE UN ESTADO DE EQUILIBRIO A OTRO, SE DICE QUE TIENE LUGAR UN PROCESOTERMODINÁMICO. LAS LEYES O PRINCIPIOS DE LA TERMODINÁMICA, DESCUBIERTOS EN EL SIGLO XIX A TRAVÉS DE METICULOSOS EXPERIMENTOS, DETERMINAN LA NATURALEZA Y LOS LÍMITES DE TODOS LOS PROCESOS TERMODINÁMICOS.
| |[pic][|2.|PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINÁMICA |
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FRECUENTEMENTE, EL LENGUAJE DELAS CIENCIAS EMPÍRICAS SE APROPIA DEL VOCABULARIO DE LA VIDA DIARIA. ASÍ, AUNQUE EL TÉRMINO “TEMPERATURA” PARECE EVIDENTE PARA EL SENTIDO COMÚN, SU SIGNIFICADO ADOLECE DE LA IMPRECISIÓN DEL LENGUAJE NO MATEMÁTICO. EL LLAMADO PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINÁMICA, QUE SE EXPLICA A CONTINUACIÓN, PROPORCIONA UNA DEFINICIÓN PRECISA, AUNQUE EMPÍRICA, DE LA TEMPERATURA.
CUANDO DOS SISTEMAS ESTÁN ENEQUILIBRIO MUTUO, COMPARTEN UNA DETERMINADA PROPIEDAD. ESTA PROPIEDAD SE PUEDE MEDIR, Y SE LE PUEDE ASIGNAR UN VALOR NUMÉRICO DEFINIDO. UNA CONSECUENCIA DE ESE HECHO ES EL PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINÁMICA, QUE AFIRMA QUE SI DOS SISTEMAS DISTINTOS ESTÁN EN EQUILIBRIO TERMODINÁMICO CON UN TERCERO, TAMBIÉN TIENEN QUE ESTAR EN EQUILIBRIO ENTRE SÍ. ESTA PROPIEDAD COMPARTIDA EN EL EQUILIBRIO ES LATEMPERATURA.
SI UNO DE ESTOS SISTEMAS SE PONE EN CONTACTO CON UN ENTORNO INFINITO QUE SE ENCUENTRA A UNA TEMPERATURA DETERMINADA, EL SISTEMA ACABARÁ ALCANZANDO EL EQUILIBRIO TERMODINÁMICO CON SU ENTORNO, ES DECIR, LLEGARÁ A TENER LA MISMA TEMPERATURA QUE ÉSTE. (EL LLAMADO ENTORNO INFINITO ES UNA ABSTRACCIÓN MATEMÁTICA DENOMINADA DEPÓSITO TÉRMICO; EN REALIDAD BASTA CON QUE EL ENTORNO SEA GRANDE EN RELACIÓNCON EL SISTEMA ESTUDIADO.)
LA TEMPERATURA SE MIDE CON DISPOSITIVOS LLAMADOS TERMÓMETROS. UN TERMÓMETRO SE CONSTRUYE A PARTIR DE UNA SUSTANCIA CON ESTADOS FÁCILMENTE IDENTIFICABLES Y REPRODUCIBLES, POR EJEMPLO EL AGUA PURA Y SUS PUNTOS DE EBULLICIÓN Y CONGELACIÓN EN CONDICIONES NORMALES. SI SE TRAZA UNA ESCALA GRADUADA ENTRE DOS DE ESTOS ESTADOS, LA TEMPERATURA DE CUALQUIER SISTEMA SE PUEDEDETERMINAR PONIÉNDOLO EN CONTACTO TÉRMICO CON EL TERMÓMETRO, SIEMPRE QUE EL SISTEMA SEA GRANDE EN RELACIÓN CON EL TERMÓMETRO.
| |[pic][|3.|PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA |
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LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA DA UNA DEFINICIÓN PRECISA DEL CALOR, OTRO CONCEPTO DE USO...
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