La termodinámica es la rama de la física que estudia la relación entre el trabajo y el calor. Esta ciencia basa su estudio en variables extensivas (entropía, la energía interna o el volumen) y no extensivas (temperatura, presión, potencial químico, etc.).

El objeto de estudio en la termodinámica puede ser un líquido, un material o un conjunto de cuerpos. Cada uno de estos posee partículas que se mueven de forma aleatoria, la termodinámica estudia ese movimiento.

¿Qué estudia?

A través del método científico y el razonamiento deductivo, esta disciplina puede describir los diferentes fenómenos físicos que pueden existir en un cuerpo o material.

Dentro de un sistema termodinámico, es decir, un material y sus variables de entorno como objeto de estudio, esta disciplina expresa la energía interna y los potenciales termodinámicos de tal sistema. Con ello se establecen las condiciones de equilibrio entre sistemas, los procesos espontáneos y el intercambio de energía con su entorno.

Para realizar un estudio completo se deben tomar en cuenta los siguientes factores:

  • Las leyes de la termodinámica, las cuales describen la forma en que la energía puede ser intercambiada entre sistemas físicos en forma de calor o trabajo.
  • La entropía, que define el desorden con el que se mueven las partículas dentro de un material o cuerpo. En otras palabras, estudia la energía cinética que tienen las partículas que componen un cuerpo. Es una magnitud aplicable para cualquier sistema.
  • La entalpía, que es una función de estado del sistema físico. Define que la cantidad de calor proporcionada a un sistema es usada para aumentar la entalpía y hacer un trabajo externo.

Leyes de la termodinámica

Son cuatro leyes universalmente válidas cuando se aplican a sistemas termodinámicos. Hace muchos años se trataban de solo principios, pero luego se convirtieron en leyes.

No en todos los libros se encuentran escritas de la misma forma, pero en esencia todas las expresiones dicen lo mismo:

  • Ley cero: “si dos sistemas termodinámicos que están en equilibrio térmico con un tercero, también están en equilibrio entre sí”.
  • Primera ley de la termodinámica o ley de la conservación de la energía: “La energía total de un sistema aislado ni se crea ni se destruye, permanece constante”.
  • La Segunda ley define que la cantidad de entropía del universo tiende a incrementarse. Además, describe que no existe la eficiencia del 100% de una máquina térmica y que no todos los procesos termodinámicos son reversibles.
  • La tercera ley define que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto (0 kelvin).

Ejemplos de termodinámica

Estos son algunos ejemplos de usos que tiene los diferentes estudios y resultados dentro de la termodinámica en nuestra cotidianidad.

  • En la alimentación. La cocina y el calor que transforma los alimentos a través de procesos termodinámicos.
  • Ciencia de los materiales. Cuando por procesos térmicos se obtienen nuevos tipos de materiales.
  • Aplicaciones industriales. Un ejemplo es la industria cerámica, donde unos grandes hornos con forma de túnel calientan ladrillos a temperaturas superiores a los 800 grados Celsius para crear tal producto.
  • Arquitectura. En este campo es importante conocer los cambios térmicos entre el exterior y el interior de una estructura. Sobre todo en la arquitectura bioclimática, la energía solar pasiva será la clave para crear espacios funcionales y amigables con el medio ambiente.
  • Generación de electricidad. En todas las centrales térmicas en las que se usa combustibles fósiles, energía nuclear o energía solar, se aplican estos estudios para obtener movimientos en turbinas de vapor y generadores eléctricos, lo que posteriormente se transformará en energía eléctrica.