3.1: Preludio a la termodinámica

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Albert Einstein, un destacado físico, dijo de la termodinámica (Einstein, 1979)

“Una ley es más impresionante cuanto mayor es la simplicidad de sus premisas, más diferentes son los tipos de cosas que relaciona, y más extendido su rango de aplicabilidad. (..) Es la única teoría física del contenido universal, de la que estoy convencido, que en el marco de la aplicabilidad de sus conceptos básicos nunca serán derrocados”.

La termodinámica es el estudio de cómo la energía fluye dentro y fuera de los sistemas y cómo fluye a través del universo. La gente lleva mucho tiempo estudiando termodinámica y ha desarrollado mucho el campo, incluyendo la incorporación de matemáticas de alto nivel en el proceso. Muchas de las relaciones pueden parecer engorrosas o complicadas, pero siempre están describiendo lo mismo básico: el flujo de energía a través del universo.

La energía, por supuesto, se puede utilizar para hacer muchas cosas útiles, como permitirnos conducir nuestros autos, usar dispositivos electrónicos, calentar nuestros hogares y cocinar nuestros alimentos. La química también es importante ya que muchos de los procesos en los que generamos energía dependen de reacciones químicas (como la combustión de hidrocarburos para generar calor o reacciones de transferencia de electrones para generar flujo de electrones). El capítulo anterior investigó gases que son sistemas convenientes de usar para enmarcar muchas discusiones sobre termodinámica ya que pueden modelarse usando ecuaciones específicas de estado como la ley de gas ideal o la ley de van der Waals. Estas relaciones dependen de una clase importante de variables conocidas como variables de estado.

Las variables de estado son aquellas variables que dependen únicamente de las condiciones actuales que afectan a un sistema. Presión, temperatura y volumen molar son ejemplos de variables de estado. Una serie de variables requeridas para describir el flujo de energía en un sistema dependen de la vía que sigue un sistema para entrar en su estado actual.

Para ilustrar la diferencia, considera escalar una montaña. Puedes elegir caminar recto por la ladera de la montaña, o puedes optar por rodear la montaña varias veces para llegar a la cima. Estas dos vías diferirán en términos de cuán lejos camines realmente (una variable dependiente de la ruta) para lograr el mismo cambio de altitud (un ejemplo de una variable de estado).