Introducción a la termodinámica. La energía no crea ni destruye Solo se transforma

martinezkarla (49)in #spanish • 6 years ago (edited)

Con la nueva oportunidad que presenta el grupo de steemstem para apoyar el contenido en español he decidido realizar una pequeña introducción a la termodinámica una de las materias fundamentales de la física y de la química.

La ciencia de la termodinámica nació en el siglo XIX como una necesidad de describir el funcionamiento de las máquinas de vapor y establecer límites a lo que podían hacer. Así es como el nombre en sí mismo significa energía generada por el calor, y sus aplicaciones iniciales fueron máquinas térmicas, de las cuales la máquina de vapor es un ejemplo. Sin embargo, los principios observados como Válido para máquinas pronto se generalizaron en postulados, que ahora se conocen como la primera y la segunda ley de la termodinámica. Estas leyes no tienen demostración en el sentido matemático; su validez se basa en la ausencia de experiencia contraria a lo establecido por ellos. Por lo tanto, la termodinámica forma parte, junto con la mecánica y el electromagnetismo, del conjunto de leyes básicas de la física.

Termodinámica

Se define como el estudio de la energía, sus formas y transformaciones, así como sus interacciones con la materia. La termodinámica es la disciplina de la física que se ocupa del estudio de las relaciones establecidas entre el calor y el resto de las formas de energía. Entre otros temas, la termodinámica se ocupa de analizar los efectos producidos por los cambios en las magnitudes, como la temperatura, la densidad, la presión, la masa, el volumen, en los sistemas y en un nivel macroscópico. La base sobre la cual giran todos los estudios de termodinámica es la circulación de energía y cómo es capaz de infundir movimiento.

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La disponibilidad de energía y la capacidad de las personas para usar esa energía de una manera útil ha transformado nuestra sociedad. Hace apenas unos siglos, la mayoría de la población luchaba por sobrevivir produciendo alimentos para el consumo local. Como resultado del desarrollo de aplicaciones científicas y termodinámicas, la capacidad de obtener energía, transformarla y usarla para satisfacer las necesidades de nuestra sociedad ha crecido, transformándola de una sociedad agraria a una sociedad moderna. En la definición de termodinámica, está claro que esta ciencia no sólo es útil para los ingenieros en su vida profesional, sino que también ha desempeñado y continúa desempeñando un papel vital en el desarrollo de la sociedad.

Primera ley de la termodinámica

La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea, ni se destruye, sino que se conserva. Entonces esta ley expresa que, cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinámico, el calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa. Es decir Q = W, en que Q es el calor suministrado por el sistema al medio ambiente y W el trabajo realizado por el medio ambiente al sistema durante el ciclo.

La primera ley de la termodinámica es entonces la ley de conservación de la energía, que asegura que la energía no se crea, ni se destruye, sino que se conserva. Esta ley ha sido confirmada en numerosos e interminables experimentos y hasta hoy no ha habido uno solo que la contradiga.

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Aplicaciones de la Termodinámica en Ingeniería

Dada su generalidad, la termodinámica es la ciencia básica que sirve como punto de partida para el estudio de muchos otros temas de ingeniería, el más obvio es la transferencia de calor, que se refiere a cómo pasa la energía de un material o de un lugar a una determinada temperatura, a otro material o a otro lugar a una temperatura diferente.

La mecánica de fluidos se refiere a los fluidos en movimiento bajo la acción de fuerzas externas y a las transformaciones de energía entre las formas mecánicas y térmicas durante dicho movimiento; muchos temas de la ciencia de los materiales, como los que consideran las cantidades relativas de varias formas estructurales de los materiales presentes en los sólidos y la forma en que estas cantidades relativas cambian en diferentes condiciones y de cierta manera, todos los temas que se refieren a la energía en cualquiera de sus formas.

Otra forma de observar el alcance de la termodinámica en los estudios que interesan a los ingenieros es examinar sus muchos y diversos campos de aplicación. Estos incluyen plantas de energía de combustibles fósiles, fisión nuclear, fusión nuclear, solar, geotérmica, vapor, gasolina, diesel, turbinas estacionarias y de propulsión de gas, cohetes, sistemas de aires acondicionados y refrigeración de todo tipo, además de hornos, calentadores y equipos de proceso químico, el diseño de equipos electrónicos, por ejemplo, evitar la sobrecarga y la falla de componentes individuales, tableros con circuitos y ensamblajes más grandes, así como comprender el comportamiento químico de los semiconductores.