Termodinámica

Máquina térmica típica donde puede observarse la entrada desde una fuente de calor (caldera) a la izquierda y la salida a un disipador de calor (condensador) a la derecha. El trabajo se extrae en este caso mediante una serie de pistones.

La termodinámica (del griego θερμo, termo, que significa «calor»[7]

La termodinámica ofrece un aparato formal aplicable únicamente a estados de equilibrio,[9] comparando ambos estados de equilibrio, la termodinámica permite estudiar los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre sistemas térmicos diferentes.

Como ciencia fenomenológica, la termodinámica no se ocupa de ofrecer una interpretación física de sus magnitudes. La primera de ellas, la energía interna, se acepta como una manifestación macroscópica de las leyes de conservación de la energía a nivel microscópico, que permite caracterizar el estado energético del sistema macroscópico.[13] En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas, lo que lleva a definir conceptos como sistema termodinámico y su contorno. Un sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estado. Estas se pueden combinar para expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos, útiles para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas y los procesos espontáneos.

Con estas herramientas, la termodinámica describe cómo los sistemas reaccionan a los cambios en su entorno. Esto se puede aplicar a una amplia variedad de ramas de la ciencia y de la ingeniería, tales como motores, cambios de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte, e incluso agujeros negros.

Historia de la termodinámica

La historia de la termodinámica como disciplina científica se considera generalmente que comienza con Otto von Guericke quien, en 1650, construyó y diseñó la primera bomba de vacío y demostró las propiedades del vacío usando sus hemisferios de Magdeburgo. Guericke fue impulsado a hacer el vacío con el fin de refutar la suposición de Aristóteles que "la naturaleza aborrece el vacío". Poco después de Guericke, el físico y el químico Robert Boyle estudió y mejoró los diseños de Guericke y en 1656, en coordinación con el científico Robert Hooke, construyó una bomba de aire. Con esta bomba, Boyle y Hooke observaron una correlación entre la presión, temperatura y volumen. Con el tiempo, se formularon la ley de Boyle, indicando que para un gas a temperatura constante, la presión y el volumen son inversamente proporcionales y otras leyes de los gases.

En 1679, un asociado de Boyle, Denis Papin basándose en estos conceptos, construyó un digestor de vapor, que era un recipiente cerrado con una tapa de cierre hermético en el que el vapor confinado alcanzaba una alta presión, aumentando el punto de ebullición y acortando el tiempo de cocción de los alimentos.

En 1697, el ingeniero Thomas Savery, a partir de los diseños de Papin, construyó el primer motor térmico, seguido por Thomas Newcomen en 1712. Aunque estos primeros motores eran toscos y poco eficientes, atrajeron la atención de los científicos más destacados de la época.

En 1733, Bernoulli usó métodos estadísticos, junto con la mecánica clásica, para extraer resultados de la hidrodinámica, iniciando la mecánica estadística.

En 1781 los conceptos de capacidad calorífica y calor latente, fueron desarrollados por el profesor Joseph Black de la Universidad de Glasgow, donde James Watt trabajó como fabricante de instrumentos. Watt consultó con Black en las pruebas de la máquina de vapor, pero fue Watt quien concibió la idea del condensador externo, aumentando grandemente la eficiencia de la máquina de vapor.

En 1783, Antoine Lavoisier propone la teoría del calórico.

En 1798 Benjamin Thompson, conde de Rumford, demostró la conversión del trabajo mecánico en calor.

Nicolas Léonard Sadi Carnot, considerado como el "padre de la termodinámica "

Sobre la base de todo este trabajo previo, Sadi Carnot, el "padre de la termodinámica ", publicó en 1824 Reflexiones sobre la energía motriz del fuego, un discurso sobre la eficiencia térmica, la energía, la energía motriz y el motor. El documento describe las relaciones básicas energéticas entre la máquina de Carnot, el ciclo de Carnot y energía motriz, marcando el inicio de la termodinámica como ciencia moderna.

El primer libro de texto sobre termodinámica fue escrito en 1859 por William Rankine, quien originalmente se formó como físico y profesor de ingeniería civil y mecánica en la Universidad de Glasgow. La primera y segunda leyes de la termodinámica surgieron simultáneamente en la década de 1850, principalmente por las obras de Germain Henri Hess, William Rankine, Rudolf Clausius, James Prescott Joule y William Thomson (Lord Kelvin).

Los fundamentos de la termodinámica estadística se establecieron por los físicos como James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann, Max Planck, Rudolf Clausius, Johannes van der Waals y Josiah Willard Gibbs.

Desde 1873 hasta el 76, el físico matemático estadounidense Josiah Willard Gibbs publicó una serie de tres artículos, siendo la más famosa Sobre el equilibrio de las sustancias heterogéneas. Gibbs demostró cómo los procesos termodinámicos, incluyendo reacciones químicas, se podrían analizar gráficamente. Mediante el estudio de la energía, la entropía, volumen, potencial químico, la temperatura y la presión del sistema termodinámico, se puede determinar si un proceso se produce espontáneamente. La termodinámica química y la fisicoquímica fueron desarrolladas además por Walther Nernst, Pierre Duhem, Gilbert N. Lewis, Jacobus Henricus van 't Hoff, y Théophile de Donder, entre otros, aplicando los métodos matemáticos de Gibbs.

También fueron de importancia para la termodinámica los desarrollos en termometría y manometría.

Other Languages
Afrikaans: Termodinamika
Alemannisch: Thermodynamik
aragonés: Termodinamica
asturianu: Termodinámica
azərbaycanca: Termodinamika
башҡортса: Термодинамика
Boarisch: Thermodynamik
беларуская: Тэрмадынаміка
беларуская (тарашкевіца)‎: Тэрмадынаміка
български: Термодинамика
bosanski: Termodinamika
کوردیی ناوەندی: داینامیکە گەرمی
čeština: Termodynamika
Cymraeg: Thermodynameg
Deutsch: Thermodynamik
Ελληνικά: Θερμοδυναμική
Esperanto: Termodinamiko
euskara: Termodinamika
estremeñu: Termodinámica
français: Thermodynamique
Gaeilge: Teirmidinimic
हिन्दी: उष्मागतिकी
Fiji Hindi: Thermodynamics
hrvatski: Termodinamika
Kreyòl ayisyen: Tèmodinamik
interlingua: Thermodynamica
Bahasa Indonesia: Termodinamika
Ilokano: Termodinamika
íslenska: Varmafræði
italiano: Termodinamica
日本語: 熱力学
한국어: 열역학
Кыргызча: Термодинамика
Lëtzebuergesch: Thermodynamik
lumbaart: Termudinamica
lietuvių: Termodinamika
latviešu: Termodinamika
македонски: Термодинамика
മലയാളം: താപഗതികം
Bahasa Melayu: Termodinamik
မြန်မာဘာသာ: သာမိုဒိုင်းနမစ်
Plattdüütsch: Thermodynamik
Nederlands: Thermodynamica
norsk nynorsk: Termodynamikk
norsk bokmål: Termodynamikk
occitan: Termodinamica
Piemontèis: Termodinàmica
português: Termodinâmica
română: Termodinamică
русиньскый: Термодінаміка
саха тыла: Термодинамика
sicilianu: Termudinàmica
srpskohrvatski / српскохрватски: Termodinamika
Simple English: Thermodynamics
slovenčina: Termodynamika
slovenščina: Termodinamika
српски / srpski: Термодинамика
svenska: Termodynamik
Tagalog: Termodinamika
Türkçe: Termodinamik
татарча/tatarça: Термодинамика
українська: Термодинаміка
oʻzbekcha/ўзбекча: Termodinamika
Winaray: Termodinamika
中文: 热力学
Bân-lâm-gú: Jia̍t-le̍k-ha̍k
粵語: 熱力學