domingo, 15 de julio de 2012

Termodinámica



Desde hace siglos, se vienen realizando procesos dentales de toda índole, ocupando las propiedades de la naturaleza para ser llevadas a cabo. Un claro ejemplo de esto son los movimientos a partir del torque, la rotación y el desplazamiento, utilizados como base para la ortodoncia.


Procesos tanto químicos como físicos (como la fusión), son evidenciados en la carrera de odontología para la construcción y fabricación de materiales dentales. Entre ellos reconocemos la amalgama (en términos odontológicos lo entenderemos como cualquier metal en aleación con mercurio) que revisaremos posteriormente, y otros procesos dentales que también aplican en algunas de sus técnicas las propiedades de la termodinámica para ser llevados a cabo.

¿Qué es la termodinámica?

Etimológicamente, termo (del griego termos), significa calor, y dinámica (del griego dinamis) significa fuerza. Entendemos entonces, que la termodinámica es la fuerza aplicada con respecto al calor. 
Una fuerza, es cualquier empuje o tracción que se ejerce sobre un objeto, como se observa en un ciclista cuesta abajo, la fuerza de gravedad “tira de” la bicicleta para hacer que baje de la cresta a la base. La fuerza electrostática “tira de” cargas distintas para juntarlas o “empuja” cargas iguales para separarlas. La energía que se usa para hacer que un objeto se mueva contra otra fuerza se denomina Trabajo (w; w = F x d), que es producto de la fuerza aplicada con la distancia que se logró mover el objeto

Así, se desarrolla trabajo cuando se levanta algo en contra de la fuerza de gravedad o cuando juntamos dos cargas del mismo signo. Si definimos el objeto como el “sistema”, entonces nosotros, siendo parte del entorno, estamos efectuando un trabajo sobre ese sistema: le estamos transfiriendo energía.

La termodinámica juega con variables. El Trabajo (w) y el Calor (Q) son la manera en la que se transfiere la energía. La energía es el alimento que necesita una fuerza para ejecutarse.

Otra forma de transferir energía, como ya dijimos, es el calor (Q). El calor es la energía que se transfiere de un cuerpo más caliente a otro más frio. Una reacción de combustión como la quema de gas natural, libera la energía química almacenada en las moléculas del combustible, en forma de calor. El calor recibido por el cuerpo, produce un aumento en su temperatura. Si definimos como sistema a la reacción que se está efectuando, y todo lo demás como universo, se está transfiriendo energía en forma de calor del sistema al universo.
Ahora es el momento de dar una definición más precisa de energía: Energía, entonces, es la capacidad para realizar trabajo o una transferencia de calor. Esta está en el ambiente como energía potencial (Epot=mgh) y cinética (Ecin= ½ mv). 
  • Primera ley de la termodinámica.

Entendemos que la energía puede ir de potencial a cinética y viceversa, entendemos que la energía puede ir del entorno a un sistema y viceversa. Lo que no entendemos aun es como se dan esos intercambios de energía como calor o energía.

Partiremos por una de las mas grandes observaciones que se han hecho hasta hoy en la ciencia, la energía no se crea ni se destruye. Esta ley universal es conocida como la primera ley de la termodinámica, puede resumirse en una sola frase: la energía se conserva. Por consiguiente, cualquier perdida de energía, es absorbida por el sistema o el universo, y viceversa.

Para aplicar esta ley, y llevarla a los números, necesitamos definir energía del sistema de manera más precisa.

Usaremos la ley para ver los cambios de energía en sistemas. La energía interna es la suma de todas las energías cinéticas y potenciales de todas sus partes componentes. En una compresión hidrogeno y oxigeno gaseoso, la energía interna incluye no solo los movimientos e interacciones de las moléculas respectivas, sino que también las energías del núcleo de cada átomo y electrones que lo constituyen.
- representaremos la energía interna con la letra E (no se conoce el valor numérico) entonces, el cambio de energía (E) se denomina delta de energía interna, representado con un delta de E. 

Cuando el delta es positivo, indica que el sistema gano energía, ósea, que fue una reacción endotérmica; por el contrario, si el delta es negativo, se induce que el sistema perdió energía, por lo que es un reacción exotérmica. 
Cuando un sistema sufre cualquier cambio físico o químico, el cambio que acompaña en su energía interna (delta E) está dado por el calor agregado a l sistema o que se desprende del (Q), más el trabajo (w)


Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.
Esta última expresión es igual de frecuente encontrarla en la forma ∆U = Q + W. Ambas expresiones, aparentemente contradictorias, son correctas y su diferencia está en que se aplique el convenio de signos IUPAC o el Tradicional
  • Segunda ley de la termodinámica
Esta ley expresa una variación en la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, le imposibilidad en que estos se hagan en sentido contrario. (una mancha de tinta en una blusa pueda volver a contraerse a un volumen pequeño)

También explica la imposibilidad de realizar un conversión de energía completa tener una fuga de energía.

De esta forma la segunda ley impone restricciones para las transferencia de energía que en hipótesis pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta el primero principio. Esta ley se apoya aceptando la existencia de la entropía, la que debe ser siempre mayor a cero.

Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.

Se contemplan también las variaciones de entalpia, pero eso es hablar de especificidades de química, lo que no nos incumbe tanto para este fin.






"Dar ejemplo no es la principal manera de influir sobre los demás; es la única manera". Albert Einstein (1879-1955) Científico alemán.

1 comentario:

  1. felicitaciones! excelente blog, muy interesante

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