La termodinámica es una ciencia maravillosa, que estudia un montón de cosas importantes.

Desde sus orígenes, su objetivo es el de mejorar la vida del hombre.

En qué consiste la Termodinámica

Consiste en comprender cómo se mueven las energías, para aprovechar este movimiento.

Básicamente es una ciencia que sirve para esclavizar la realidad y sacar un provecho de ella.

Formalmente hablando, podemos definirla como:

La ciencia que estudia los intercambios de energía entre las diferentes partes del universo.

Y de forma un poco más bocadillosa:

Búsqueda y comprensión de los secretos energéticos del universo para aprovechar las cosas que nos rodean y mejorar la comodidad del ser humano.

Para responder a la pregunta:

¿En qué consiste la termodinámica?

Podríamos decir que consiste en algo tal que así, de forma similar a todas las ciencias:

  • Mirar la realidad.
  • Estudiar cómo funciona.
  • Inventar formas de aprovechar ese funcionamiento.
  • Construir una máquina para llevar a cabo una idea.
  • Seguir pensando para hacer que la máquina funcione cada vez mejor.
  • Aprender y aprender y mejorar y mejorar esas máquinas cada día.

Y eso hoy te permite, por ejemplo, meter una pechuguita de pollo en la nevera y que se quede ahí fresquita un par de días.

O meter una buena cervecita en el congelador y que se ponga perfecta, aunque la hayas comprado caliente a mejor precio.

Muchísimos procesos industriales se rigen exclusivamente por fenómenos que se estudian desde un punto de vista termodinámico.

En este capítulo empezaremos por comprender una serie de conceptos básicos.

Conceptos básicos de termodinámica

Para empezar a nadar dentro de los nuevos conocimientos, se hace necesaria la introducción de una serie de conceptos.

  • Sistema termodinámico.
  • Entorno.
  • Universo.
  • Energía.
  • Materia.
  • Energía interna.
  • Calor.
  • Trabajo.

Vamos a ver en qué consisten:

¿Qué es un sistema termodinámico?

Una región del espacio que ha decidido observarse.

Un sistema termodinámico puede ser cualquier cosa que se quiere estudiar.

Si quiero analizar la situación energética de un zapato, mi sistema termodinámico es El Zapato.

Podría ser también un queso, una habitación, una ciudad, un tornillo o media naranja.

Cualquier cosa.

Lo que nos interese estudiar en cada momento.

Nosotros decidimos qué queremos analizar, y decimos que ese es nuestro sistema termodinámico.

¿Qué es el entorno?

El entorno de un sistema termodinámico es su alrededor.

El entorno queda separado del sistema termodinámico mediante de la frontera, el límite que separa a ambas cosas.

Este límite puede ser algo que existe o simplemente un límite imaginario que nosotros definimos.

Por ejemplo, si decidimos que nuestro sistema termodinámico va a ser un gran fuego en el salón de mi casa, porque quiero analizar la situación desde un punto de vista termodinámico...

  • Tendré que mi sistema termodinámico es el fuego.
  • Y que el entorno es el salón de mi casa.
  • La frontera será una separación imaginaria entre los límites del fuego y el salón.

La definición del concepto de entorno se hace necesaria porque cuando analizamos un sistema termodinámico normalmente tenemos que tener en cuenta qué pasa alrededor.

  • ¿Existe transferencia de energía hacia afuera?
  • ¿Hacia adentro?
  • ¿En ambas direcciones?

Es importante saberlo porque es precisamente eso lo que vamos a estudiar, ¿verdad?

  • ¿Se calentará la habitación?
  • ¿Cuántos árboles tengo que cortar para mantener vivo el fuego?
  • ¿Es mejor si dejo las ventanas abiertas o debería cerrarlas?
  • ¿Cuál es la temperatura máxima que puedo permitirme, antes de que empiecen a derretirse las paredes?

Te muestro un dibujito para que lo entiendas mejor. Imagínate que quiero estudiar mi casa como un todo, pues mi casa es el sistema termodinámico, sus límites son la frontera del sistema, y el resto de cosas constituyen el entorno:

Según la posibilidad de intercambio de energía entre un sistema termodinámico y su entorno, los clasificamos en diferentes tipos:

Tipos de sistemas termodinámicos:

  • Sistema abierto: nuestro sistema y su entorno intercambian energía y materia.
  • Sistema cerrado: nuestro sistema y su entorno intercambian energía, pero no materia.
  • Sistema aislado: nuestro sistema y su entorno no intercambian nada.
  • Sistema adiabático: nuestro sistema y su entorno solo intercambian trabajo.

Ups... demasiadas palabras.

Que si energía por aquí, materia por allá y trabajo por el otro lado.

¿Qué son todas estas cosas?

Energía

La energía es acción, movimiento, ganas y voluntad de cambio.

Imagina la energía como la salsa de la vida, inquietud vibrante.

Todo lo que existe, es una consecuencia de la energía.

La energía está en todos lados, pero disfrazada de diferentes formas.

La energía es vibración, y según cómo vibre cada cosa, tenemos un queso, una nube o un haz de rayos-x.

Quizás te resulte interesante pensar sobre la pregunta:

¿Qué no es energía?

Y verás que, exacto, todo lo es.

Desde un tren hasta el ojo de su conductor hasta el sonido que hace el chirriar de los frenos.

Materia

La materia es una forma de energía, físicamente visible y palpable.

La luz es energía, una onda de radio es energía, un color que choca en el ojo es energía.

El rabo de una rata es materia, también un cepillo de dientes, una gota de agua o un edificio entero.

Es materia aquello que tiene masa y ocupa un volumen.

Energía Interna

Se define la energía interna de un sistema termodinámico como la suma de sus energías cinética interna y potencial interna.

Cinética y potencial son dos formas de energía fundamentales en la física, que hacen referencia a la velocidad y la posición de las cosas, respectivamente.

Dicho de otro modo,

La energía interna de una cosa - sistema termodinámico - es una medición de la capacidad de esta cosa para realizar cambios en el universo.

Véase la energía interna como la salsa de vida acumulada dentro del sistema termodinámico.

El fuego en mi salón tendrá una energía interna y el pie de una rana tendrá otra.

También puedes mirar la energía interna como la cantidad de dinero ahorrado que tiene un sistema termodinámico.

El fuego super mega potente en mi salón es capaz de hacer arder todo el edificio, tiene un poder energético, una energía interna, muy muy pero que muy mega termodinámicamente grande.

Un cubito de hielo sin embargo el pobrecito todo lo que sabe hacer es derretirse y mojarme el suelo.

Unos tienen más, otros menos.

¿Puede cambiar la energía interna?

Espera que no lo sé.

Misma pregunta: ¿Puedes cambiar la cantidad de dinero ahorrado en tu bolsillo?

Sí.

La energía interna sí puede cambiar, cuando esta energía se va a otro sitio, o cuando viene energía nueva de fuera.

¿Y cómo se va la energía de un sitio a otro?

Moviéndose.

Cuando se mueven las energías de un sistema termodinámico a otro, hablamos de transferencia energética.

Los que han empezado a darle forma a la termodinámica, han definido dos tipos fundamentales de transferencia energética.

Transferencia en forma de calor y transferencia en forma de trabajo.

¿Por qué eso es así?

Porque al Ser Humano le interesa estar calentito (calor) y que se mueva el tren (trabajo).

Nuestro punto de vista está centrado en construir máquinas que jueguen con la temperatura y que se muevan, que hagan el trabajo por nosotros.

Calor

El calor es una transferencia de energía interna en forma de excitación.

Todas las sustancias están formadas por átomos y moléculas que son energía en movimiento.

Cuando la excitación de unas partículas se traslada a otra, se está intercambiando energía interna en forma de calor.

No podemos decir que un sistema termodinámico tiene calor.

Un sistema termodinámico tiene energía interna, y parte de esa energía interna se puede intercambiar con el entorno en forma de calor.

No se puede medir el calor directamente.

Pero sí que podemos medir su consecuencia: Temperatura.

Temperatura

La temperatura es una consecuencia del calor.

  • El calor es energía en tránsito.
  • La temperatura no es energía.

¿Qué?

Pues que temperatura y calor son cosas diferentes.

Diferencia entre calor y temperatura

La diferencia entre el calor y la temperatura es la misma que la diferencia entre el concepto de distancia y un metro.

  • El calor es parte de la energía interna que se está trasladando.
  • La temperatura es una comparación para cuantificar dicha energía.

Ah, vale.

Trabajo

El trabajo es primo hermano del calor.

Es también una transferencia de energía de un sistema termodinámico a otro.

Es parte de la energía interna que podemos ver en funcionamiento, por decirlo de alguna forma.

El movimiento del eje de un ventilador es energía interna que se transfiere en forma de trabajo.

¿Y qué pasa con todo esto?

Pues pasan muchas cosas.

Que todos estos conceptos están saltando de un sitio a otro, jugando al juego de la vida.

No hay muchas reglas pero sí que hay una serie de patrones que se cumplen siempre.

Algunos de estos patrones se van descubriendo poco a poco y se le dan nombres.

  • Ley de no sé qué.
  • Ley de no sé cuá!
  • Otra ley
  • Y mil más...

Pues así va eso.

Eso es termodinámica.

Dinamismo energético.

Baile de energía.