La termodinàmica és la branca de la física que descriu els efectes dels canvis de temperatura, pressió i volum d'un sistema físic a nivell macroscòpic.
La matèria està formada per diferents partícules que es mouen de manera desordenada. D'acord amb la definició de termodinàmica, aquesta ciència no estudia el comportament de cada partícula, sinó que estudia el comportament global de totes aquestes partícules.
Què estudia la termodinàmica?
A la termodinàmica física s'estudien i classifiquen les interaccions entre diversos sistemes que es caracteritzen per les seves propietats. Aquestes propietats es poden combinar per determinar les condicions dequilibri entre sistemes, els processos espontanis i lintercanvi denergia amb el seu entorn.
Els principals elements que tenim per estudiar-los són:
Les lleis de la termodinàmica: defineixen la manera com l'energia pot ser intercanviada entre sistemes físics.
L'entropia: es defineix com el desordre on es mouen les partícules internes que formen la matèria.
L'entalpia: es defineix com la quantitat d'energia que intercanvia un sistema amb el seu entorn.
Quines són les lleis de la termodinàmica?
Els principis de la termodinàmica regulen les transformacions relacionades amb la calor, el progrés i els límits. Realment, són axiomes reals basats en l'experiència en què es basa tota la teoria.
En concret, es poden distingir tres principis bàsics, més un principi de zero.
La llei zero de la termodinàmica
La llei zero afirma que quan dos sistemes que interactuen estan en equilibri tèrmic, comparteixen algunes propietats, que es poden mesurar donant-los un valor numèric precís. En conseqüència, quan dos sistemes estan en equilibri tèrmic amb un tercer, estan en equilibri entre ells i la propietat compartida és la temperatura.
La primera llei de la termodinàmica
La primera llei afirma que quan dos cossos a temperatura diferent estan en contacte, es produeix una transferència de calor fins a un estat d'equilibri. En aquest nou estat, les temperatures dels dos cossos són iguals.
El primer principi és el principi de la conservació de lenergia que diu que lenergia no es crea ni es destrueix; només es transforma.
La segona llei de la termodinàmica
La segona llei estableix que la transferència denergia calorífica sempre va del cos calent al cos fred.
La tercera llei de la termodinàmica
La tercera llei indica que és impossible assolir el zero absolut amb un nombre finit de transformacions i proporciona una definició precisa de la magnitud anomenada entropia.
Addicionalment, la tercera llei també estableix que l'entropia per a un sòlid perfectament cristal·lí, a la temperatura de 0 Kelvin és igual a 0.
Què és un sistema termodinàmic?
Un sistema termodinàmic es refereix a una àrea limitada utilitzada per a la investigació termodinàmica, i és l'objecte de la investigació. L'espai exterior del sistema s'anomena entorn aquest sistema.
Els límits d'un sistema separen el sistema de l'exterior. Aquest límit pot ser real o imaginari, però el sistema s'ha de limitar a un espai limitat. El sistema i el seu entorn poden transferir matèria, treball, calor o altres formes denergia al límit.
Què és un cicle termodinàmic?
Un cicle termodinàmic és un circuit de transformacions termodinàmiques realitzades en un o més dispositius destinats a l'obtenció de treball a partir de dues fonts de calor a temperatura diferent, o de manera inversa, a produir mitjançant l'aportació de treball el pas de calor de la font de menor temperatura a més temperatura.
El paràmetre principal daquests cicles és el rendiment. El rendiment tèrmic es defineix com el treball obtingut dividit per la calor gastada en el procés.
Quines són les propietats termodinàmiques?
Les propietats termodinàmiques són les propietats que defineixen i intervenen en l'estat termodinàmic d'un sistema.
Aquestes propietats es poden classificar com a extensives o intensives. Entre aquestes propietats hi trobem l'energia interna, l'entropia, l'entalpia, la calor, la temperatura, la pressió, el volum, etc.
Per què serveix la termodinàmica?
La termodinàmica es pot aplicar a una àmplia varietat de temes de ciència i enginyeria, com ara motors, transicions de fase, reaccions químiques, fenòmens de transport i fins i tot forats negres.
A continuació enumerem alguns exemples d'algunes de les aplicacions:
A la cocció d'aliments.
A l'automoció, la major part dels motors són motors tèrmics.
A la ciència dels materials per obtenir nous tipus de materials que posseeixin propietats químiques i físiques ben definides.
Aplicacions industrials per transformar primeres matèries en productes acabats utilitzant maquinària i energia.
Al disseny arquitectònic es tenen en compte les transferències tèrmiques entre l'exterior i l'interior de l'habitatge, especialment a l'arquitectura bioclimàtica i l'energia solar passiva.
Generació d' electricitat a les centrals tèrmiques on els processos termodinàmics permeten convertir la calor en electricitat.
