Principio de la termodinamica

¿qué es la ley zeroth de la termodinámica?

ResumenLa versión más aceptada de la tercera ley de la termodinámica, el principio de inalcanzabilidad, establece que cualquier proceso no puede alcanzar la temperatura cero absoluta en un número finito de pasos y en un tiempo finito. Aquí proporcionamos una derivación del principio que se aplica a procesos de enfriamiento arbitrarios, incluso a los que explotan las leyes de la mecánica cuántica o implican un depósito de dimensiones infinitas. Cuantificamos los recursos necesarios para enfriar un sistema a cualquier temperatura, y traducimos estos recursos al tiempo mínimo o al número de pasos, considerando la noción de una máquina térmica que obedece a restricciones similares a las de los ordenadores universales. En general, encontramos que la temperatura obtenida puede escalar como una potencia inversa del tiempo de enfriamiento. Nuestros resultados también aclaran la conexión entre dos versiones de la tercera ley (el principio de inalcanzabilidad y el teorema del calor), y ponen límites finales a la velocidad a la que se puede borrar la información.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Attribution 4.0 International License. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en la línea de crédito; si el material no está incluido en la licencia Creative Commons, los usuarios tendrán que obtener el permiso del titular de la licencia para reproducir el material. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

zeroth, first, second and third laws of thermodynamics

Versión anotada en color de la máquina de calor original de Carnot de 1824 que muestra el cuerpo caliente (caldera), el cuerpo de trabajo (sistema, vapor) y el cuerpo frío (agua), las letras etiquetadas según los puntos de parada en el ciclo de Carnot.

La termodinámica es una rama de la física que trata del calor, el trabajo y la temperatura, y su relación con la energía, la radiación y las propiedades físicas de la materia. El comportamiento de estas magnitudes se rige por las cuatro leyes de la termodinámica, que transmiten una descripción cuantitativa mediante magnitudes físicas macroscópicas medibles, pero que pueden explicarse en términos de componentes microscópicos mediante la mecánica estadística. La termodinámica se aplica a una gran variedad de temas de la ciencia y la ingeniería, especialmente la química física, la bioquímica, la ingeniería química y la ingeniería mecánica, pero también en otros campos complejos como la meteorología.

Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir del deseo de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor, sobre todo gracias a los trabajos del físico francés Nicolas Léonard Sadi Carnot (1824), que creía que la eficiencia de los motores era la clave que podía ayudar a Francia a ganar las guerras napoleónicas. [El físico escocés-irlandés Lord Kelvin fue el primero en formular una definición concisa de la termodinámica en 1854[2] que decía: «La termodinámica es el tema de la relación del calor con las fuerzas que actúan entre partes contiguas de los cuerpos, y la relación del calor con la agencia eléctrica.»

¡comprender la segunda ley de la termodinámica !

Clásicamente, la conservación de la energía era distinta de la conservación de la masa; sin embargo, la relatividad especial demostró que la masa está relacionada con la energía y viceversa por E = mc2, y la ciencia adopta ahora el punto de vista de que la masa-energía en su conjunto se conserva. En teoría, esto implica que cualquier objeto con masa puede convertirse en energía pura, y viceversa. Sin embargo, se cree que esto sólo es posible en las condiciones físicas más extremas, como las que probablemente existían en el universo muy poco después del Big Bang o cuando los agujeros negros emiten radiación de Hawking.

La conservación de la energía puede demostrarse rigurosamente mediante el teorema de Noether como consecuencia de la simetría de traslación del tiempo continuo; es decir, del hecho de que las leyes de la física no cambian con el tiempo.

Una consecuencia de la ley de conservación de la energía es que no puede existir una máquina de movimiento perpetuo del primer tipo, es decir, ningún sistema sin un suministro de energía externo puede entregar una cantidad ilimitada de energía a su entorno[4] Para los sistemas que no tienen simetría de traslación temporal, puede no ser posible definir la conservación de la energía. Algunos ejemplos son los espacios-tiempo curvos en la relatividad general[5] o los cristales de tiempo en la física de la materia condensada[6][7][8][9].

primera y segunda ley de la termodinámica

La Segunda Ley de la Termodinámica establece que el estado de entropía de todo el universo, como sistema aislado, siempre aumentará con el tiempo. La segunda ley también establece que los cambios en la entropía del universo nunca pueden ser negativos.

¿Por qué cuando se deja un cubito de hielo a temperatura ambiente, empieza a derretirse? ¿Por qué envejecemos y nunca rejuvenecemos? Y, ¿por qué cuando se limpian las habitaciones, vuelven a estar desordenadas en el futuro? Ciertas cosas suceden en una dirección y no en otra, esto se llama la «flecha del tiempo» y abarca todas las áreas de la ciencia. La flecha del tiempo termodinámica (entropía) es la medida del desorden en un sistema. Denotado como \ (\Delta S\), el cambio de entropía sugiere que el tiempo mismo es asimétrico con respecto al orden de un sistema aislado, lo que significa: un sistema se volverá más desordenado, a medida que el tiempo aumenta.

Supongamos que una caja llena de piezas de rompecabezas estuviera desordenada en su caja, la probabilidad de que una pieza de rompecabezas caiga al azar, lejos de donde encaja perfectamente, es muy alta. Casi todas las piezas del rompecabezas caerán en algún lugar lejos de su posición ideal. La probabilidad de que una pieza de puzzle caiga correctamente en su posición, es muy baja, ya que sólo puede ocurrir en un sentido. Por lo tanto, las piezas del rompecabezas mal colocadas tienen una multiplicidad mucho mayor que la pieza del rompecabezas correctamente colocada, y podemos asumir correctamente que las piezas del rompecabezas mal colocadas representan una entropía mayor.

Por admin