Revista de Ingeniería Aeronáutica y Aeroespacial
Acceso abierto
ISSN: 2168-9792
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Srikanth Nuthanapati
La termodinámica es una rama de la física que estudia el calor, la función y la temperatura, así como sus relaciones con la electricidad, la radiación y las propiedades físicas de la materia. Las cuatro leyes de la termodinámica gobiernan el comportamiento de estas cantidades, que proporcionan una definición cuantitativa utilizando cantidades físicas macroscópicas observables, pero también pueden describirse en términos de constituyentes microscópicos.
La termodinámica se utiliza en una amplia gama de temas de ciencia e ingeniería, incluida la química física, la bioquímica, la ingeniería química y la ingeniería mecánica, así como en campos más complejos, como la meteorología. La termodinámica surgió del deseo de mejorar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor, especialmente a través del trabajo del físico francés Nicolas Léonard Sadi Carnot (1824), quien afirmó que aumentar la eficiencia de los motores ayudaría a Francia a ganar las guerras napoleónicas . En 1854, Lord Kelvin, un físico escocés-irlandés, fue el primero en formular una descripción sucinta de la termodinámica.
El tema de la termodinámica es la relación entre el calor y las fuerzas que actúan entre las partes contiguas de los cuerpos, así como la relación entre el calor y la agencia eléctrica. El estudio de los compuestos químicos y las reacciones químicas pronto se amplió después de la aplicación inicial de la termodinámica a los motores térmicos mecánicos. La termodinámica química investiga el papel de la entropía en las reacciones químicas y ha contribuido significativamente al crecimiento y la comprensión del campo.
La termodinámica fue reformulada en una variedad de formas. La termodinámica estadística, también conocida como mecánica estadística, es el estudio de los pronósticos estadísticos del movimiento colectivo de partículas basado en la conducta microscópica. Constantin Carathéodory propuso una solución estrictamente matemática en una formulación axiomática en 1909, que se conoce como termodinámica geométrica.
Las cuatro leyes de la termodinámica, que forman una base axiomática, se utilizan para describir todos los métodos termodinámicos. La primera ley establece que la energía puede transferirse entre estructuras físicas en forma de calor o trabajo.
La segunda ley establece la existencia de una cantidad conocida como entropía, que describe la dirección termodinámica en la que puede evolucionar un sistema y cuantifica el estado de orden de un sistema, así como el trabajo útil que se puede derivar de él.
Las interacciones entre grandes conjuntos de objetos se estudian y clasifican en termodinámica. Los principios del sistema termodinámico y su entorno están en el centro de esto. Un sistema está formado por partículas cuyos movimientos promedio determinan sus propiedades, que luego se conectan entre sí a través de ecuaciones de estado.
La energía interna y los potenciales termodinámicos, que son útiles para decidir las condiciones de equilibrio y los procesos espontáneos, se pueden expresar mediante una combinación de propiedades.
La termodinámica se puede utilizar para explicar cómo reaccionan las estructuras a los cambios en su entorno utilizando estos métodos. Esto es válido para una amplia gama de temas de ciencia e ingeniería, incluidos motores, transiciones de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte e incluso agujeros negros.