termodinámica

La termodinámica es la rama de la física que estudia la relación entre calor, trabajo y energía en los sistemas, y cómo estas magnitudes se transforman durante cambios de estado y procesos físicos o químicos. Su marco teórico permite describir el comportamiento de gases, líquidos y sólidos a escala macroscópica, y tiene aplicaciones en ingeniería, química, biología y ciencias de la Tierra.

Un sistema termodinámico se caracteriza por variables de estado como la temperatura (T), la presión (p), el volumen (V) y la cantidad de sustancia (n). La energía interna (U) y otras magnitudes como la entalpía (H) se expresan como funciones de estado. Las ecuaciones de estado, por ejemplo la ecuación de un gas ideal pV = nRT, relacionan estas variables para describir el estado del sistema.

Las leyes fundamentales son: la zeroth law, que establece que la temperatura es una propiedad de equilibrio y que si dos sistemas están en equilibrio con un tercero, entre sí también lo están; la primera ley, que conserva la energía y se expresa como dU = δQ − δW, donde δQ es calor y δW es trabajo; la segunda ley, que introduce la entropía S y dicta que en procesos naturales S tiende a aumentar, o que δQ_rev = TDS para cambios reversibles; y la tercera ley, que postula que, a cero Kelvin, la entropía de un cristal perfecto es constante.

La termodinámica explica el rendimiento de máquinas térmicas y procesos de refrigeración, y abarca conceptos como ciclos termodinámicos (Carnot, Rankine, Brayton) y límites de eficiencia. Su framework permite predecir comportamientos prácticos y optimizar sistemas energía.