Actualmente estoy leyendo "Termodinámica" de Fermi y estoy tratando de comprender las definiciones correctas (posiblemente diferentes) de temperatura , equilibrio térmico , calor .
Para aclarar, busco definiciones desde un punto de vista puramente termodinámico, que es también la línea que sigue el libro.
Comencemos con este último. Podemos definir el calor a través del 1° principio de la Termodinámica:
Ahora equilibrio térmico . Este es con el que estoy encontrando más problemas, porque en todas las definiciones que he encontrado (tal vez no muy buenas, o tal vez es mi interpretación) hay alguna referencia a la temperatura, mientras que en la definición de este último hay una referencia a el concepto de equilibrio térmico , pero hay que empezar por algún lado. Por ejemplo, de (IT) Wikipedia, leí:
Equilibrio térmico: no hay flujo de calor, la temperatura es constante en el tiempo y es la misma en todos los puntos del sistema.
La forma en que se define la temperatura en el libro es, en primer lugar, empírica (operacional):
La temperatura se puede medir poniendo un termómetro en contacto con el sistema, durante un intervalo de tiempo suficiente para que se establezca el equilibrio térmico .
Algunas páginas más adelante también se menciona el termómetro de gas. Finalmente, en el capítulo “Segundo principio de la Termodinámica”, se dice:
Hasta ahora, solo hemos hecho uso de una escala empírica de temperatura. [...] Si ponemos en contacto térmico dos cuerpos a diferente temperatura, el calor fluirá espontáneamente por conducción de un cuerpo al otro. Ahora, por definición, diremos que el cuerpo del que fluye el calor es el que tiene la temperatura más alta.
Ahora, claramente la definición en la primera cita en bloque requiere que el equilibrio térmico (entre un cuerpo en sí mismo y entre dos cuerpos, supongo) se defina de forma independiente. Con respecto al segundo, ¿cómo se puede saber cuál es la dirección del flujo de calor? Además, la segunda definición no brinda un método para medir la temperatura, sino solo una forma de saber qué cuerpo está más caliente, ¿verdad?
Como las puse arriba, esas definiciones me parecen piezas aleatorias de un rompecabezas, necesito obtener una imagen más clara. Asi que se agradece cualquier ayuda.
Estoy de acuerdo contigo en que la mayoría de los libros no siguen un camino lógico al definir los términos de la termodinámica. Incluso grandes libros como los de Fermi y Pauli.
Lo primero que necesitas definir es el concepto de variables termodinámicas.
Las variables termodinámicas son cantidades macroscópicas cuyos valores dependen únicamente del estado actual de equilibrio termodinámico del sistema.
Por equilibrio termodinámico queremos decir que esas variables no cambian con el tiempo. Sus valores en el equilibrio no pueden depender del proceso por el cual el sistema alcanzó el equilibrio. Ejemplo de variables termodinámicas son: Volumen, presión, tensión superficial, magnetización... Los valores de equilibrio de estas magnitudes definen el estado termodinámico de un sistema.
Cuando un sistema termodinámico no está aislado, sus variables termodinámicas pueden cambiar bajo la influencia del entorno. Decimos que el sistema y el entorno están en contacto térmico . Cuando el sistema no está en contacto térmico con el entorno decimos que el sistema está aislado adiabáticamente . Podemos definir que,
Dos cuerpos están en equilibrio térmico cuando, en contacto térmico entre sí, tienen variables termodinámicas constantes.
Ahora podemos definir la temperatura. Desde un punto de vista puramente termodinámico esto se hace a través de la Ley Cero. Una explicación detallada se puede encontrar en este post . Básicamente,
Decimos que dos cuerpos tienen la misma temperatura si y solo si están en equilibrio térmico.
Tomando prestada la definición mecánica de trabajo, uno puede, a modo de experimentos, observar que el trabajo necesario para lograr un cambio dado en el estado termodinámico de un sistema adiabáticamente aislado es siempre el mismo. Nos permite definir este valor como un cambio de energía interna,
Al eliminar el aislamiento adiabático, notamos que la ecuación anterior ya no es válida y la corregimos agregando un nuevo término,
El calor es la energía que el sistema intercambia con el entorno en forma que no es trabajo.
Tenga en cuenta que me he saltado definiciones más básicas, como sistema termodinámico y sistema aislado , pero esto se puede definir fácil y lógicamente en esta construcción.
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joshfísica
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usuario140606