Cómo aprender termodinámica

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Coescrito por Anne Schmidt

Referencias

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La termodinámica es el estudio de las relaciones entre el calor y otras formas de energía. Técnicamente es una rama de la física, y tiene la reputación de ser una de las materias más difíciles para los estudiantes universitarios. Es cierto que la termodinámica puede ser bastante confusa, pero no hay motivo por el que no puedas tener éxito si eres un estudiante diligente. Con un poco de trabajo duro y mucha concentración en clase, estarás bien encaminado hacia dominar esta materia interesante.

Sección 1 de 7:

¿La termodinámica es difícil de aprender?

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  1. Los conceptos de la termodinámica suelen ser bastante complejos e involucran muchas matemáticas elaboradas. Como resultado, puede ser algo difícil seguir el hilo si pierdes la noción de la forma como las matemáticas tienen relación con los conceptos, y viceversa. Lo bueno es que está científicamente comprobado que a los estudiantes que se concentran en clase les va mejor en esta materia. [1]
    • Asimismo, hay muchos estudiantes a los que la termodinámica les resulta fácil en comparación con la dinámica de fluidos, la química orgánica o el cálculo. La dificultad es relativa y, por ende, si tienes un trasfondo sólido en las ciencias y las matemáticas, no hay motivo por el que debas asumir que la termodinámica será particularmente desafiante.
    • A muchos estudiantes las definiciones en sí les parecen algo difíciles de seguir. Por ejemplo, la energía interna y el calor interno parecen ser lo mismo pero, en realidad, son dos cosas completamente distintas. [2]
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Sección 2 de 7:

¿Cómo puedo aprender termodinámica con facilidad?

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  1. Asimismo, quizás te resulte beneficioso tomar algunas clases de química antes de entrar en la termodinámica. [3] La termodinámica involucra muchas matemáticas complejas y, por ende, saber resolver ecuaciones diferenciales y álgebra de un nivel alto te será de gran ayuda. [4]
    • No olvides que, aunque no creas que estás listo, la clase te resultará mucho más fácil si estás concentrado y asistes a todas las cátedras. [5]
    • En muchas universidades, es obligatorio tomar clases de física, ecuaciones diferenciales, álgebra y química orgánica antes de que se te permita tomar una clase de termodinámica. [6]
Sección 3 de 7:

¿Cuál es la primera ley de la termodinámica?

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  1. La energía puede moverse o cambiar de forma pero no puede aparecer de la nada ni borrarse del todo. Esta ley suele expresarse con la ecuación E2 - E1 = Q - W, en donde la energía interna de un sistema (E2) menos la energía interna de un segundo sistema (E1) equivale a la transferencia de calor (Q) menos el trabajo (W). [7]
    • De hecho, hay una ley que viene antes de la primera (la primera ley se descubrió primero). Se conoce como el principio cero de la termodinámica, según el cual, cuando dos objetos se encuentran en equilibrio termodinámico con un tercer objeto, los dos objetos también se encuentran en equilibrio el uno con el otro. [8]
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Sección 4 de 7:

¿Cuál es la segunda ley de la termodinámica?

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  1. En esencia, si hay un objeto caliente y uno frío uno junto al otro, el calor se transferirá del objeto caliente al frío. De hecho, la segunda ley afirma que no puede funcionar a la inversa. [9] La fórmula se expresa como ΔS = ΔQ/T, en donde el cambio en Q (calor) dividido entre T (temperatura) equivale al cambio en la entropía (ΔS) de un sistema. [10]
    • La entropía es un concepto clave en la termodinámica. En esencia, la entropía hace referencia a la cantidad de energía que no está disponible para hacer trabajo. Muchos conceptos en la termodinámica dependen de una comprensión de la entropía. Aprenderás mucho sobre ello a una etapa temprana de la clase.
Sección 5 de 7:

¿Cuál es la tercera ley de la termodinámica?

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  1. Esto parece un poco aleatorio pero, en esencia, se reduce a esto: si no hay calor, el calor no puede escapar. Entonces, si un objeto no tiene energía interna y no hay temperatura, no hay entropía. [11] La tercera ley de la termodinámica no tiene fórmula. [12]
    • Simplemente piensa en la tercera ley de este modo: el calor tiende a irse si un sistema no está cerrado. Si no hay calor, no hay transferencia. Si bien parece un poco obvio, es una ley esencial en lo que respecta al comportamiento del calor y la entropía.
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Sección 6 de 7:

¿Cuáles son los conceptos básicos de la termodinámica?

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  1. La termodinámica tiene relación con medir y comprender la forma como el calor y otras formas de energía interactúan unos con otros. Por ende, los conceptos como la conversión de energía, el comportamiento de las moléculas y la energía cinética y potencial son clave. La entropía es otro concepto importante. Asimismo, aprenderás las diferencias entre sistemas abiertos y cerrados, lo cual cambia la forma como funcionan el calor y la energía. [13]
    • Cualquier profesor bueno de termodinámica cubrirá los conceptos clave antes de entrar en las matemáticas relevantes. Toma apuntes con diligencia en clase, haz preguntas cuando el profesor cubra los conceptos y te irá bien.
Sección 7 de 7:

¿Cuál es la importancia de la termodinámica?

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  1. Si tienes la intención de construir un motor, estudiar el comportamiento de las moléculas o buscar una forma más eficiente de evitar los incendios forestales, necesitas comprender bien la termodinámica. Asimismo, saber de termodinámica es un prerrequisito para los empleos en la ingeniería, las industrias de los combustibles fósiles, la aviación y la biología. [14]
    • Aunque no tengas la intención de trabajar en un rubro que tenga relación con la termodinámica, puedes ver los principios en todas partes. La termodinámica es la razón por la que tus electrodomésticos funcionan al enchufarlos en la pared y por la que el agua a 21 °C (70 °F) se siente fría contra la piel pero el aire a la misma temperatura se siente cómodo.
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Referencias

  1. ↑ https://par.nsf.gov/servlets/purl/10018819
  2. ↑ https://www.researchgate.net/publication/226002663_Difficulties_in_Learning_Thermodynamic_Concepts_Are_They_Linked_to_the_Historical_Development_of_this_Field
  3. ↑ https://www.me.gatech.edu/files/ug/me3322.pdf
  4. ↑ https://www.tulane.edu/~sanelson/eens212/thermodynamics&metamorphism.htm
  5. ↑ https://par.nsf.gov/servlets/purl/10018819
  6. ↑ https://www.me.gatech.edu/files/ug/me3322.pdf
  7. ↑ https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/thermo1.html
  8. ↑ https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/thermo0.html
  9. ↑ http://galileo.phys.virginia.edu/classes/152.mf1i.spring02/LawsThermo.htm
  1. ↑ http://labman.phys.utk.edu/phys136core/modules/m3/entropy.html#:~:text=When%20a%20small%20amount%20of,units%20of%20Joules%20per%20Kelvin
  2. ↑ https://www.livescience.com/50776-thermodynamics.html
  3. ↑ https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/third-law-of-thermodynamics
  4. ↑ https://www.sfu.ca/~mbahrami/ENSC%20388/Notes/Intro%20and%20Basic%20Concepts.pdf
  5. ↑ http://blog.yalebooks.com/2019/04/24/thermodynamics-in-our-daily-lives/

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