Primera ley de la termodinámica

Artículo principal: Primera ley de la termodinámicaTambién conocido como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Antoine Lavoisier.La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:Eentra − Esale = ΔEsistemaQue aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:

Segunda ley de la termodinámica

Puede ser escrita como una ecuación de movimiento para describir la evolución, y, haciendo esto, conectar la biología con la física. (…) La segunda ley de la termodinámica, afirma que la energía de un sistema tienda a equilibrarse con la de su alrededor (“la entropía de un sistema siempre se incrementa”), puede expresarse de formas muy distintas. Kaila y Annila se centra en dos de estas formas. Cuando se escribe como ecuación diferencial de movimiento, la segunda ley puede describir la evolución como un proceso de transferencia de energía: la selección natural tiende a favorecer las mutaciones aleatorias que llevan a un incremento de entropía más rápido en un ecosistema. Cuando se escribe de forma integral, la segunda ley describe el principio de acción mínima: el movimiento, en general toma el camino de menor energía. Entonces, los científicos mostraron cómo la selección natural y el principio de acción mínima puede conectarse expresando selección natural en términos de termodinámica química. Como explican los científicos, la naturaleza explora muchos posibles caminos para equilibrar las diferencias en densidades de energía, con un tipo de mecanismo de transferencia de energía distinto para cada especie dentro del sistema mayor de la Tierra.

Los mecanismos de transducción de energía, especialmente en especies biológicas, pueden ser intrincados y complejos. Mutando aleatoriamente individuos de especies, se exploran distintos caminos en la búsqueda incrementar la entropía más rápidamente. Estas mutaciones más tarde o más temprano convergen de forma natural en el camino más probable. Aunque el paisaje de energía se mantiene cambiante, el camino más probable siempre es el más corto y el que sigue los descensos de energía más pronunciados. Esto lleva a un estado estacionario, tal como un ecosistema que evoluciona hacia un estado que tendrá sólo la cantidad adecuada de plantas, hervíboros y otros mecanismos de transferencia de energía (tanto vivos como inertes) para mantener los mayores índices de dispersión de energía.

“En un contexto biológico, cuando dos especies similares (es decir, mecanismos de transducción de energía) compiten por la misma fuente de energía (por ejemplo comida), aquel con mecanismos aún ligeramente más efectivos (por ejemplo garras,

dientes, pies, etc.) captura más que otro”, explica Annila a PhysOrg.com. “Gradualmente, la población de las especies más efectivas se incrementará a expensas del resto. El proceso global está descrito como flujos de energía que gradualmente y de forma natural selecciona los caminos más directos y efectivos. En biología, esta consecuencia física, que puede deducirse del criterio de estabilidad de Lyapunov, es conocido como principio de exclusión competitivo.”

Tercera ley de la termodinámicaArtículo principal: Tercera ley de la termodinámicaLa Tercera de las leyes de la termodinámica: propuesto por Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción exigida por la Termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado tratarlo de “ley”.Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica son sólo generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel cuántico. El demonio de Maxwell ejemplifica cómo puede concebirse un sistema cuántico que rompa las leyes de la Termodinámica.

Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía, es la más sólida y universal de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por la ciencia.

TERMODINAMICA

Es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico. Lo cual tiene relacionada con la ecología. Aproximadamente, calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.

El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas son las leyes de la termodinámica, que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas físicos en forma de calor o trabajo. También se postula la existencia de una magnitud llamada entropía, que puede ser definida para cualquier sistema. En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas, lo que lleva a definir conceptos como sistema termodinámico y su contorno. Un sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estado. Éstas se pueden combinar para expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos, útiles para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas y los procesos espontáneos.

Con estas herramientas, la termodinámica describe cómo los sistemas responden a los cambios en su entorno. Esto se puede aplicar a una amplia variedad de temas de ciencia e ingeniería, tales como motores, transiciones de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte, e incluso agujeros negros. Los resultados de la termodinámica son esenciales para otros campos de la física y la química, ingeniería química, ingeniería aeroespacial, ingeniería mecánica, biología celular, ingeniería biomédica, y la ciencia de materiales por nombrar algunos.