La termodinámica es la parte de la física que estudia los fenómenos en los que existe transformación de energía mecánica en calorífica o viceversa, y para entender estos procesos han sido formuladas una serie de leyes entre las que está la ley cero de la termodinámica.
Este artículo lo dedicamos a esta ley, conocerás cómo se enuncia, cuál es su importancia, por qué recibe ese nombre y cuáles son algunas de sus aplicaciones.
Qué es la ley cero de la termodinámica
La ley cero de la termodinámica establece que si dos sistemas termodinámicos están cada uno en equilibrio térmico con un tercero, entonces están en equilibrio térmico entre sí. En consecuencia, el equilibrio térmico entre sistemas es una relación transitiva.
Se dice que dos sistemas están en la relación de equilibrio térmico si están unidos por una pared permeable solo al calor y no cambian con el tiempo.
Como una conveniencia del lenguaje, a veces también se dice que los sistemas están en una relación de equilibrio térmico si no están conectados para poder transferir calor entre sí, pero aún no lo harían (incluso) si estuvieran conectados por una pared permeable solo al calor.
En calorimetría se habla de objetos calientes que pierden energía térmica ante objetos fríos hasta que ambos alcanzan la misma temperatura: calor perdido por objetos calientes = calor ganado por objetos fríos, en un calorímetro.
Esa es la ley cero. Se agrega una notación de signos para hacer cálculos algebraicamente. El calor perdido es -q y el calor ganado es + q, y el cambio de temperatura es T final – T inicial.
Por supuesto q = masa x sp. ht (T final – T inicial). Todos están relacionados con el objeto de perder calor o ganar calor.
¿Por qué es importante?
La ley cero de la termodinámica es muy importante ya que nos permite definir el concepto de una escala de temperatura.
Por ejemplo, considere dos tazas separadas de agua hirviendo. Si colocamos un termómetro en la primera taza, el agua la calienta hasta que marca 100 ° C. Ahora decimos que el termómetro está en equilibrio térmico con la primera taza de agua.
A continuación, movemos el termómetro a la segunda taza de agua hirviendo y continúa leyendo a 100 ° C. Por lo tanto, el termómetro también está en equilibrio térmico con la segunda taza de agua.
Usando la lógica de la ley cero, podemos concluir que las dos tazas separadas de agua hirviendo están en equilibrio térmico entre sí.
La ley cero por lo tanto nos permite usar termómetros para comparar las temperaturas de cualquier objeto que nos guste.
La ley es importante para la formulación matemática de la termodinámica, que necesita la afirmación de que la relación de equilibrio térmico es una relación de equivalencia.
Esta información es necesaria para una definición matemática de la temperatura que concuerde con la existencia física de los termómetros válidos.
¿Por qué se le llama ley «cero»?
La verdad es que las otras leyes termodinámicas (la primera, la segunda y la tercera) ya habían sido nombradas cuando esta fue formulada.
Sin embargo, los científicos pensaron que era tan importante que debía ir antes que todos los demás, y por lo tanto se denominó la ley cero.
Limitación de la ley cero de la termodinámica
La ley cero de la termodinámica nos habla de la igualdad de temperatura. Pero, no da ninguna pista de cómo se está transfiriendo el calor. No se habla de conversión de energía. La ley cero solo ayuda en la calibración del termómetro.
Al formular esta ley se observó que, como principio fundamental, no se puede decir que se produzca un flujo de calor entre cuerpos de la misma temperatura. Ese es un buen sentido que evita la violación de las otras leyes sin limitación.
¿Cuáles son las aplicaciones de la ley?
La ley cero de la termodinámica establece que los objetos en contacto entre sí compartirán la energía térmica hasta que alcancen el equilibrio térmico.
Además, establece que si dos objetos están en equilibrio térmico con un tercero, entonces todos están en equilibrio térmico.
Si un Cubo A estuviera sentado al sol por un rato hasta que alcanzara cierta temperatura, tome un Cubo B, que estaba fuera del camino de la luz solar directa, y presiónelos juntos. Déjalos por un momento, y eventualmente estarán en equilibrio térmico entre ellos. Agregue un Cubo C, y la ley sigue vigente
