Termodinámica Básica – Erich A. Müller – 2da Edición

La palabra termodinámica se origina del griego y significa literalmente el estudio de las fuerzas (dynamis; dunamiz) que originan el calor (thermo; termh). Hoy en día esta traducción no tiene mucho que ver con la esencia de lo que estudiamos bajo el concepto de termodinámica. La definición original ya no es válida pues la termodinámica no sólo estudia el calor, sino todo tipo de formas de energía (mecánica, eléctrica, química, nuclear, etc.). Además, la termodinámica clásica (de la que trata este curso) se ocupa de estados de equilibrio y no de estados dinámicos, para los cuales las fuerzas son importantes.

Hoy en día, la termodinámica abarca campos tan diversos como la ingeniería, la biología, la química, la medicina entre otras. Se podría decir1 que la termodinámica es la ciencia que estudia las transformaciones energéticas. La termodinámica es una ciencia exacta que se origina a mediados del siglo XVIII como consecuencia de una necesidad de describir, predecir y optimizar la operación de las máquinas de vapor.

Las leyes de la termodinámica como las planteamos hoy son el resultado de más de 250 años de experimentación e interpretación teórica. El hecho de que la termodinámica pretenda describir matemáticamente hechos observables nos da a nosotros una gran ventaja, ya que inadvertidamente conocemos muchos aspectos de nuestra propia experiencia cotidiana. La termodinámica se fundamenta en cuatro leyes universales denominadas las leyes cero, primera, segunda y tercera. Cronológicamente sólo la tercera está correctamente numerada. La segunda ley fue formulada en 1824 y la primera ley unos veinte años después. La tercera y la ley cero se enunciaron a comienzos del siglo XX.

En los siguientes párrafos vamos a hacer un ejercicio muy sencillo y simplista para que se den cuenta que ya, sin leer este libro, saben bastante de termodinámica, pero quizás no lo hayan reconocido. Supongamos que tenemos un termómetro común pero sin marcas. Hoy lo ponemos en un vaso de agua fría, lo dejamos reposar y marcamos el nivel del mercurio en el termómetro. Al día siguiente repetimos la experiencia y el nivel del mercurio llega al mismo punto. ¿A qué conclusión podemos llegar? Nuestra intuición nos dice que ambos vasos estuvieron a la misma temperatura. Sin embargo ante las preguntas inocentes ¿Pero, qué es temperatura? ¿Por qué es esa afirmación válida? ¿Qué hace realmente un termómetro? quizás no tengamos una respuesta adecuada. Pronto la tendremos.