Antiderivadas

La primera Ley de la Termodinámica.

Antes de entrar a conocer a fondo en el significado de la palabra que ahora nos ocupa, termodinámica, origen etimológico de la misma se encuentra en el latín. Más concretamente podemos subrayar el hecho de que está conformada por la unión de tres partes claramente diferenciadas: el vocablo thermos que viene a definirse como “caliente”, el sustantivo dinamos que es equivalente a “fuerza” o a “poder”, y el sufijo –ico que puede determinarse que significa “relativo a”.

Se identifica con el nombre de termodinámica a la rama de la física que hace foco en el estudio de los vínculos existentes entre el calor y las demás variedades de energía. Analiza, por lo tanto, los efectos que poseen a nivel macroscópico las modificaciones de temperatura, presión, densidad, masa y volumen en cada sistema.

Es importante subrayar que existe una serie de conceptos básicos que es fundamental conocer previamente a entender cómo es el proceso de la termodinámica. En este sentido uno de ellos es el que se da en llamar estado de equilibrio que puede definirse como aquel proceso dinámico que tiene lugar en un sistema cuando tanto lo que es el volumen como la temperatura y la presión no cambian.

De la misma forma está lo que se conoce por el nombre de energía interna del sistema. Esta se entiende como la suma de lo que son las energías de todas y cada una de las partículas que conforman aquel. En este caso, es importante subrayar que dichas energías sólo dependen de lo que es la temperatura.

El tercer concepto que es fundamental que conozcamos antes de conocer cómo es el proceso de la termodinámica es el de ecuación de estado. Una terminología con la que viene a expresarse la relación que existe entre lo que es la presión, la temperatura y el volumen.

La base de la termodinámica es todo aquello que tiene relación con el paso de la energía, un fenómeno capaz de provocar movimiento en diversos cuerpos. La primera ley de la termodinámica, que se conoce como el principio de conservación de la energía, señala que, si un sistema hace un intercambio de calor con otro, su propia energía interna se transformará. El calor, en este sentido, constituye la energía que un sistema tiene que permutar si necesita compensar los contrastes surgidos al comparar el esfuerzo y la energía interior.

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La termodinámica es la rama de la física que estudia los valores de las variables de un sistema, durante la transición entre dos estados estacionarios. Describe al sistema en la fase de transición entre dos estados estacionarios. Permite conocer la energía total del sistema, así como los flujos de la misma, el grado de orden del sistema, y la información disponible sobre el mismo. Tales conocimientos permiten luego, clasificar los sistemas físicos (desde el punto de vista termodinámico) como aislados, cerrados, y abiertos (los seres vivos).

La idea de conocer la energía total del sistema y los flujos de la misma, nos lleva a enfrentar directamente los postulados de la primera y la segunda ley: La primera reza que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma, mudando de una forma en otra. La energía es una, pero tiene diversas formas, según los efectos que provoque en el mundo físico. Así tenemos diferentes tipos, como la energía calórica, eléctrica, mecánica, química, etc.

Y sea cual sea la forma de energía con la que estemos tratando, admite a su vez que se la clasifique en cinética y potencial: nacida en la descripción del comportamiento de la energía mecánica, es aplicable a cualquiera de las formas de energía mencionadas.

Se considera energía potencial a aquella que no está provocando sus efectos en el presente, pero puede hacerlo en el futuro. En tanto que se considera cinética a la energía cuya acción o efecto, se encuentra en pleno desarrollo en el presente.

A juicio de la primera ley, todas las formas de energía son intercambiables entre sí. Es decir que, cualquier forma de energía puede transformarse en otra. Lo único que no ocurrirá, será la creación de nueva energía, o la destrucción de la misma.

Sin embargo, un hecho incontrovertible modificó la escena del pensamiento: una forma de energía, el calor, no es completamente transformable en otra forma de energía. Esto generó la aparición de nuevos conceptos, como el de "eficiencia" en la transformación de la energía. La transformación del calor en otra forma de energía, no es completa, y un porcentaje del calor quedará como tal. Así, resulta claro que una forma de energía, el calor, va en constante aumento, en detrimento de otras formas de la energía. Esto es cuantificable a través de la temperatura.

Se suele pensar que la tecnología deriva del complejo proceso de creación científica. Si bien esto es cierto en una innumerable cantidad de ejemplos, no se aplica a la historia de la termodinámica. Ya circulaban trenes impulsados a vapor cuando aún se comprendía muy escasamente cuáles eran los principios que gobernaban aquellas transformaciones energéticas. Fueron los trabajos del físico inglés James Joule (1818-1889) realizados en Gran Bretaña y publicados en 1850 los que llevaron a establecer inequívocamente la equivalencia entre el trabajo mecánico y el calor. Los experimentos realizados por Joule permitieron concluir que cuando a un sistema aislado de su exterior se le suministra trabajo mecánico, sin importar la forma en que se haga, se obtiene una cantidad equivalente de energía térmica. Esta afirmación avala el principio de conservación de la energía. En el experimento de Joule, la energía mecánica se transforma en trabajo mecánico y este trabajo es convertido en energía térmica. Cuando las transformaciones energéticas ocurren en un sistema aislado (como el del experimento de Joule), la energía total dentro de éste permanece constante. Al interpretarse el Universo como un sistema aislado, la generalización de estas observaciones condujo a proponer la primera ley de la termodinámica: la energía del Universo permanece constante. Pero los sistemas biológicos son abiertos, es decir que pueden intercambiar libremente materia y energía con su entorno. Aun así, en los sistemas abiertos el principio de conservación de la energía continúa cumpliéndose. La diferencia radica en dónde se establecen los límites del sistema en estudio. En un organismo vivo, la energía perdida o disipada por éste es igual a la ganada por su entorno (ambiente) y viceversa. Por otra parte, al analizar los procesos que ocurren en la naturaleza, nuestra experiencia nos muestra que gran parte de ellos ocurren en forma espontánea

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