La termodinámica surgió de la necesidad de hacer más eficientes los procesos industriales que involucran energía. Las primeras máquinas térmicas solo aprovechaban el 4% de la energía suministrada, por lo que figuras como Planck, Boltzmann y Lord Kelvin estudiaron cómo obtener más trabajo con la misma cantidad de combustible. La primera ley de la termodinámica establece que la energía interna de un sistema es la suma del calor y el trabajo, por lo que en un proceso la cantidad total debe ser la misma al inicio y

1. TERMODINÁMICA

2. ¿Cómo surgió la Termodinámica?
La Termodinámica como ciencia surge de
la imperiosa necesidad del hombre por
volver más eficientes los procesos
industriales de transformación que
involucran un suministro de energía
(fundamentalmente calor) para que
puedan desarrollarse. Las primeras
máquinas térmicas que usaron los
ingenieros eran incapaces de efectuar
trabajos sin que se consumieran grandes
cantidades de combustible: se calcula que
aquellas primeras máquinas apenas
rendían un 4 % del total del energético
(carbón, leña, petróleo) que se les
suministraba.
Fue necesario que intervinieran grandes
personalidades del mundo académico
para comprender cuáles eran los factores
de los que dependía la mayor obtención
de trabajo posible a partir de una
determinada cantidad de combustible.
Planck
Boltzmann
Lord Kelvin

3. La energía interna, representada mediante una U, puede
concebirse matemáticamente compuesta por dos variables:
el calor Q y el trabajo W. La llamada Primera Ley de la
Termodinámica exige que en un sistema en el que se
efectúa un cambio, cualquiera que consideres (el motor de
un vehículo que inicia su marcha, un globo lleno de aire
caliente que asciende), el balance de la cantidad de calor
que interaccione con él -ya sea que se le suministre o bien
que él lo emita- y el de trabajo -que pueda realizar o que se
le aplique- debe ser numéricamente igual al inicio y al final
de un proceso.
La Ley de Charles establece que cuando
se incrementa la temperatura de un gas
su volumen aumenta. Si la presión no es
muy elevada (hasta 10 veces la presión
a t m o s f é r i c a ) , e s t e c a m b i o e s
directamente proporcional (se habla de
que el gas se comporta como ideal).
Puede demostrarse esto con un tubo en
U como el de la figura. Para ello, se llena
éste parcialmente con agua de color y se
conecta herméticamente el extremo de
la manguera a una botella de vidrio, de
mmodo que no haya fugas y todo el aire dentro de la botella haga
presión sobre el interior del tubo en U; el otro extremo se deja libre a la
atmósfera. Al iniciar el calentamiento, observarás cómo el líquido
asciende hacia este último extremo debido a que el gas inicia su
expansión y lo empuja al elevarse su temperatura. En este punto, la
Primera Ley se materializa ante nuestros ojos: la energía térmica (calor)
que estás suministrando or medio del encendedor se está
transformando (al menos en parte) en trabajo: ¡gracias a él, el agua
puede ser empujada y ascender por el extremo del tubo abierto!