Ley cero de la termodinámica
Si dos objetos tienen la misma temperatura, ¿qué ocurre con el flujo de calor entre ellos?
No hay flujo neto de calor entre ellos porque están en equilibrio térmico.
La primera ley de la termodinámica expresa el principio de conservación de qué magnitud física?
De la energía.
¿En qué dirección fluye naturalmente el calor?
Del cuerpo con mayor temperatura hacia el cuerpo con menor temperatura.
Durante un día soleado, una cuchara metálica se deja dentro de una olla caliente y al tocarla quema la mano.
¿Qué tipo de transferencia de calor ocurre principalmente en la cuchara?
La conducción.
¿Qué ocurre con el movimiento de las partículas cuando la temperatura disminuye mucho?
Las partículas se mueven cada vez más lentamente.
La ley cero de la termodinámica permite definir una magnitud física fundamental.
¿Cuál es?
La temperatura.
Si un sistema recibe calor y realiza trabajo, ¿qué puede ocurrir con su energía interna?
La energía interna puede aumentar o disminuir dependiendo de cuánto calor recibe y cuánto trabajo realiza.
¿Por qué un café caliente se enfría con el tiempo aunque nadie lo toque?
Porque el calor fluye naturalmente del café caliente hacia el ambiente más frío hasta alcanzar el equilibrio térmico.
En una ciudad calurosa, los cables eléctricos se observan más caídos durante el mediodía que en la noche.
¿Qué fenómeno físico explica este cambio?
La dilatación térmica.
La tercera ley de la termodinámica se relaciona con una temperatura extremadamente baja.
¿Cuál es?
El cero absoluto (0 Kelvin o −273,15 °C).
Un termómetro se deja suficiente tiempo dentro de un vaso con agua caliente.
¿Qué condición debe cumplirse para que marque correctamente la temperatura?
El termómetro y el agua deben alcanzar el equilibrio térmico.
Una olla con agua recibe calor de la estufa. Parte de esa energía aumenta la temperatura y parte se pierde al ambiente.
¿Qué principio explica esta situación?
La primera ley de la termodinámica o principio de conservación de la energía.
La segunda ley introduce un concepto relacionado con el desorden de los sistemas.
¿Cuál es?
La entropía.
Una estudiante deja una botella metálica cerrada bajo el sol durante mucho tiempo y nota que el recipiente aumenta ligeramente su tamaño.
Explica qué relación existe entre el aumento de temperatura y el comportamiento de las partículas del metal.
Al aumentar la temperatura, las partículas del metal vibran más rápidamente y se separan ligeramente, provocando la dilatación del material.
¿Por qué es imposible alcanzar exactamente el cero absoluto?
Porque nunca se puede eliminar completamente toda la energía térmica y el movimiento de las partículas.
Si el objeto A está en equilibrio térmico con B, y B está en equilibrio térmico con C, ¿qué se puede afirmar sobre A y C?
Que A y C también están en equilibrio térmico y tienen la misma temperatura.
Un gas dentro de un pistón se expande al calentarse.
¿Qué transformación de energía ocurre?
La energía térmica se transforma parcialmente en trabajo mecánico realizado por el gas al expandirse.
¿Por qué ninguna máquina térmica puede ser 100% eficiente?
Porque siempre parte de la energía se dispersa como calor y no puede transformarse completamente en trabajo útil.
En una cancha sintética, el aire sobre la superficie se siente mucho más caliente que el aire de otras zonas cercanas. Además, las partes metálicas de las gradas se calientan rápidamente al sol.
Identifica y explica dos mecanismos de transferencia de calor presentes en la situación.
¿Qué sucede con la entropía de un cristal perfecto al acercarse al cero absoluto?
La entropía tiende a cero.
Explica por qué un termómetro funciona gracias a la ley cero de la termodinámica.
Porque el termómetro entra en equilibrio térmico con el objeto o sustancia que mide. Cuando ambos alcanzan la misma temperatura, el termómetro puede indicar correctamente esa temperatura.
Explica por qué una máquina no puede producir energía de la nada según la primera ley de la termodinámica.
Porque la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Una máquina necesita recibir energía para poder realizar trabajo o transferir calor.
Explica por qué es imposible que el calor fluya espontáneamente de un cuerpo frío hacia uno caliente.
Porque la segunda ley de la termodinámica establece que el flujo natural del calor ocurre desde temperaturas mayores hacia temperaturas menores. Para mover calor de un cuerpo frío a uno caliente se requiere energía externa, como ocurre en una nevera.
Un puente metálico presenta pequeñas separaciones entre sus uniones durante los días más calientes del año. Los ingenieros afirman que esto es normal y necesario para evitar daños estructurales.
Explica:
El calor llega principalmente por radiación solar y conducción dentro del metal. Al aumentar la temperatura, las partículas vibran más y el puente se dilata. Si no existieran espacios de expansión, podrían generarse deformaciones, fracturas o daños estructurales debido a la presión producida por la expansión del material.
Un laboratorio intenta enfriar un material hasta alcanzar el cero absoluto para detener completamente el movimiento de sus partículas.
Explica, usando la tercera ley de la termodinámica, por qué esto no puede lograrse completamente.
La tercera ley establece que es imposible alcanzar exactamente el cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Aunque las partículas pueden disminuir muchísimo su movimiento, nunca puede eliminarse totalmente toda la energía térmica del sistema