Calentamiento: Calor y Termodinámica
El calor y la termodinámica estudian el calor como una forma de energía transferida y las leyes de la termodinámica que gobiernan las transformaciones de energía, revelando cómo fluye y cambia la energía en los sistemas. El calor transfiere energía debido a las diferencias de temperatura, mientras que las leyes de la termodinámica dictan cómo se comporta la energía, el trabajo y la entropía, proporcionando un marco para comprender procesos como la eficiencia del motor, el derretimiento del hielo e incluso el destino del universo.
Panorama del Calor y la Termodinámica
El calor y la termodinámica están definidos por conceptos y principios clave sobre el comportamiento de la energía. Aquí está el desglose:
- Transferencia de Calor: El movimiento de energía térmica debido a las diferencias de temperatura, a través de la conducción, la convección o la radiación.
- Primera Ley de la Termodinámica: Conservación de la energía — la energía no se puede crear ni destruir, solo se puede transferir o transformar (ΔU = Q - W).
- Segunda Ley de la Termodinámica: La entropía de un sistema aislado aumenta; el calor fluye de caliente a frío espontáneamente.
- Tercera Ley de la Termodinámica: A medida que la temperatura se acerca al cero absoluto (0 K), la entropía de un sistema se acerca a un mínimo.
Ejemplos de Calor y Termodinámica
Ejemplos de Transferencia de Calor
- Conducción: Una cuchara de metal en un sopa caliente se calienta a medida que el calor conduce de la sopa.
- Convección: El aire caliente asciende en una habitación calentada, creando una corriente de convección.
- Radiación: El sol calienta la Tierra a través de ondas electromagnéticas a través del espacio.
Ejemplos de la Primera Ley de la Termodinámica
- En un motor de gasolina, 500 J de calor (Q) se añaden, 200 J de trabajo (W) se hacen, aumentando la energía interna en 300 J (ΔU = Q - W).
- Un cubo de hielo derritiéndose absorbe 1000 J de calor con ningún trabajo, elevando su energía interna en 1000 J.
- Comprimir un gas con 300 J de trabajo mientras se pierde 100 J de calor disminuye la energía interna en 200 J.
Ejemplos de la Segunda Ley de la Termodinámica
- El hielo se derrite en una habitación cálida a medida que el calor fluye de la habitación (caliente) al hielo (frío).
- Un refrigerador transfiere calor del interior (frío) al exterior (caliente), pero requiere trabajo de la electricidad.
- Un motor de automóvil pierde algo de energía como calor, aumentando la entropía del entorno.
Ejemplos de la Tercera Ley de la Termodinámica
- A 0 K, la entropía de un cristal perfecto es cero, ya que la movilidad molecular cesa.
- La entropía del helio se acerca a un mínimo cerca del cero absoluto, pero nunca alcanza completamente 0 K.
- Enfriar un gas hasta cerca de 0 K reduce su entropía a un valor mínimo.