Tercera Ley de la Termodinámica

Resumen:mar2008
Tercera Ley de la Termodinámica Es posible relacionar la entropía con el modelo molecular de los estados de la materia, es decir si pensamos que en el estado gaseoso las moléculas están en constante aumento, en el líquido solo se mueven entre ellas y en el sólido las partículas solo vibran, entonces podemos intuir que: S(gases) > S(líquidos) > S(sólidos) Si observamos que la tendencia de la entropía está relacionada con el estado de agregación del sistema (orden) y sabemos que éste está relacionado con la temperatura, entonces tendrá que existir una temperatura a la cual los cristales tendrán una entropía nula. Se enuncia la tercera ley de la termodinámica como: Tercera Ley: "La entropía de los cristales perfectos de todos los elementos y compuestos es cero en el cero absoluto de temperatura" Al hablar de cristales estamos relacionando la tercera ley con los cambios orden-desorden. De esta forma cualquier sustancia a una temperatura mayor que 0ºK tendrá un valor positivo de entropía. Como la entropía es una función de estado, entonces el cambio de entropía en una reacción química vendrá dado por la diferencia entre la entropía de los productos (estado final) y los reactivos (estado inicial) DS = å S(productos) - å S(reaccionantes) Un poco de historia: Formulación de la Tercera Ley Walther Hermann Nernst (1864-1941) encontró que al disminuir la temperatura y acercarse al cero absoluto, el calor específico de las sustancias disminuye continuamente. Desde luego, al llegar a estas temperaturas las sustancias están en la fase sólida. No existe ninguna sustancia que a estas temperaturas sea gas o líquido. De estos resultados Nernst formuló en 1906 la tercera ley de la termodinámica, que se refiere a las propiedades termodinámicas de las sustancias en la cercanía del cero absoluto de temperatura. Una consecuencia de la tercera ley es que el calor específico de todas las sustancias se anula al llegar su temperatura a ser cero grados absolutos, es decir a -273ºC.
Tercera Ley de la Termodinámica Publicado originalmente en Shvoong: http://es.shvoong.com/exact-sciences/physics/1738111-tercera-ley-la-termodin%C3%A1mica/

La muerte del Universo

El físico y astrónomo inglés sir James Jeans escribió sobre la muerte final del universo, que él denominó "muerte térmica", a comienzos del siglo XX : "La segunda ley de la termodinámica predice que sólo puede haber un final para el universo, una "muerte térmica" en la que la temperatura es tan baja que hace la vida imposible". Toda la energía tenderá a acabar en la forma más degradada, la energía térmica; en un estado de total equilibrío termodinámico y a una temperatura cercana al cero absoluto, que impedirán cualquier posibilidad de extracción de energía útil. Será el desorden más absoluto (la máxima entropía) del que ya no se podrá extraer orden (baja entropía).

En esta "muerte térmica" del universo, el factor más importante lo marcará la segunda ley de la termodinámica, que afirma que cualquier proceso crea un incremento neto en la cantidad de desorden o entropía del universo. Esta ley que rige para el universo entero es una parte cotidiana de nuestras vidas. Al echar leche en una taza de café, por ejemplo, el orden que representaba las dos tazas separadas de café y leche se ha transformado en un desorden representado por una mezcla aleatoria de café y leche. La tendencia a mezclarse es la más natural (aumento de desorden o entropía), lo contrario, el desmezclarse es practicamente imposible y necesitaría de una serie de procesos que tomarían orden del entorno para devolver más desorden. Al final el resultado total sería más desorden, aunque en una región limitada podríamos haber obtenido más orden.

La entropía esta aumentando incesantemente en las estrellas tanto como en nuestro planeta. Esto significa que, con el tiempo, las estrellas agotarán su combustible nuclear y morirán, convirtiéndose en masas muertas de materia nuclear. El universo se oscurecerá a mediad que las estrellas, una a una, dejen de centellear. Todas las estrellas se convertirán en agujeros negros, estrellas de neutrones o estrellas enanas frías (dependiendo de su masa) en menos de 10²⁴ años a medida que sus hornos nucleares se apaguen. En menos de 10³² años, según las Teorías de Gran Unificación (GUT) los protones y los neutrones probablemente se desintegraran, por ser inestables en grandes escalas de tiempo. Eso significa que toda la materia tal como la conocemos, nuestros cuerpos, la Tierra o el sistema solar se desintegrará en partículas más pequeñas tales como electrones y neutrinos.

Despues de un periodo, practicamente inimaginable en nuestra escala temporal, de 10¹⁰⁰años (un gugol)(***) la temperatura del universo se acercará al cero absoluto, pero incluso en un universo desolado y frío, a temperaturas próximas al cero absoluto, existe una última fuente remanente de energía: los agujeros negros. Según Hawking, no son completamente negros, dejan escapar energía lentamente al exterior. En este futuro distante, podrían ser preservadores de la vida porque evaporarían energía lentamente. Las civilizaciones inteligentes, se reducirían a patéticos y míseros puestos fronterizos agarrándose a un agujero negro.

Pero ¿y después de 10¹⁰⁰años, cuando los agujeros negros en evaporación hayan agotado la mayor parte de su energía?. Esta cuestión puede carecer de sentido con el conocimiento actual. Los astrónomos John D. Barrow de la Universidad de Sussex y Joseph Silk de la Universidad de California en Berkeley indican que la teoría cuántica, en esta escala de tiempo tan formidable, deja abierta la posibilidad de que nuestro universo pueda pasar, por ejemplo, por una especie de efecto túnel a otro universo. En esta escala de 10¹⁰⁰años ya no puede descartarse este tipo de raros sucesos cuánticos cósmicos.


Estos astrónomos añaden, en plan optimista:"Donde hay teoría cuántica hay esperanza. Nunca podemos estar completamente seguros de que esta muerte térmica tendrá lugar porque nunca podemos predecir con completa certeza el futuro de un universo mecanocuántico; pues en un futuro cuántico infinito todo lo que puede suceder, llegará a suceder".







(***) Este valor sólo es comprensible en una comparación a escala logarítmica, en que convertimos el 10 en 1, el 1000 en 3, ó el 10.000 en 4. En esa escala la edad de un niño de 10 años, sería a la edad del universo actual, como esta sería al valor de un gugol.






Fuente:"Hiperespacio", de Michio Kaku.CRÍTICA, Barcelona. 1996. Un libro que no sólo es tan divertido como un relato de ciencia ficción, sino mucho más fantástico.Es como un anticipo de la ciencia que nos deparará este siglo XXI. Escrito por el Dr. Kaku de la City University de Nueva York.

Termodinámica práctica

(Aparecida en la revista Piel de Leopardo)


La mayor parte de los estudiantes redactó su respuesta basándose en la Ley de Boyle: el gas se enfría cuando se expande y se calienta cuando se
comprime, o alguna variante.

Una excepción fue la siguiente:

Primero, necesitamos saber cómo varía en el tiempo la masa del Infierno. Así, necesitamos conocer la frecuencia con la que las almas entran en él y la frecuencia con la que salen. Podemos asumir sin ninguna duda que, una vez que un alma ha entrado en el Infierno, no sale nunca más. Así pues, no hay frecuencia de salida.

Para calcular cuántas almas entran en el Infierno, es necesario tener en cuenta a las distintas religiones que postulan su existencia. Algunas afirman que, alguien no pertenece a ella, va al Infierno. Por lo que, debido a que hay más de una de estas religiones, y tomndo en consideración que nadie pertenece a más de una religión al mismo tiempo, podemos afirmar que toda la gente y todas sus almas van al Infierno. Dadas las tasas de natalidad y mortalidad la conclusión es que el número de almas que ingresan en el Infierno crece exponencialmente.

Ahora observamos la variación del volumen del Infierno toda vez que, siguiendo la Ley de Boyle, para que la temperatura y la presión infernales permanezcan invariables, su volumen se tiene que expandir según se va poblando de almas. Esto nos da dos posibilidades:

1.- Si el Infierno se expande a una velocidad más baja que la frecuencia a la que entran las almas, su temperatura y presión se incrementarán hasta que reviente;

2.- Pero si el Infierno se expande a una velocidad mayor que la frecuencia de entrada de almas, su temperatura y presión caerán hasta que se congele.

Ahora, si aceptamos el postulado enunciado por nuestra compañera Rocío López en el primer año de carrera, que decía algo así como: El Infierno se congelará antes de que yo me acueste contigo, y dado el hecho de que todavía no lo he conseguido, el enunciado número dos no puede ser correcto, por lo que la respuesta es: El infierno es exotérmico.

El alumno obtuvo nota máxima. Rocío López no lo felicitó

Termodinámica del aire: Como meter un huevo en una botella

Si encendemos una cerilla y la introducimos en una botella de cristal y colocamos un huevo duro (pelado) sobre la boca de la botella para taparlo, al cabo de unos segundos ocurrirá lo siguiente:

Al calentarse el aire que está contenido en la botella, las moléculas que constituyen el aire (nitrógeno 78%, oxígeno 21%, etc.) se mueven de una forma más frenética (teoría cinética de los gases) por lo que si confinan en un recinto cerrado, ejercerán mayor presión sobre las paredes del recinto. En el caso del aire que estaba dentro de la botella, al no estar confinado, se escapa al exterior, para mantener así la presión constante en el interior. Cuando la boca de la botella se tapa con el huevo, que posee una gran flexibilidad por estar cocido, la pequeña llama se apaga (combustión del oxígeno del interior) con lo que la temperatura comienza a descender, disminuyendo la presión del aire al estar contenido en un volumen constante.

Como consecuencia de la menor presión del aire del interior de la botella, el aire del exterior ejerce una presión sobre el huevo haciendo que éste se introduzca por su flexibilidad. Una vez que el huevo está dentro de la botella y la boca de la botella está libre, las presiones se igualan.