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Principio cero de la termodinámica

2009-10-22

En SGCG respetamos las leyes de la termodinámica. Vamos a ganar un poco de culturilla, que nunca viene mal.

Trabalenguas técnico

Un sistema está en equilibrio termodinámico cuando su estado (presión, temperatura, magnetización…) no cambia de forma espontánea al pasar el tiempo. Si juntamos dos sistemas, éstos forman un sistema más grande y alcanzan el equilibrio termodinámico cuando no pueden experimentar cambios espontáneos. Parece que a los sistemas les gusta estar en equilibrio termodinámico, pues tienden a él.

El principio cero establece una característica importante del equilibrio termodinámico: sean tres sistemas; si el primer sistema está en equilibrio termodinámico con el segundo sistema y el segundo sistema está en equilibrio termodinámico con el tercer sistema, entonces el primer primer sistema está en equilibrio termodinámico con el tercer sistema. Con una notación más compacta, sean A, B y C los tres sistemas y T(X) la función de temperatura (una función que adopta un valor único para cada situación de equilibrio termodinámico) de un estado X genérico; se tiene:
((T(A) = T(B)) ∧ (T(B) = T(C))) ⇒ (T(A) = T(C))

Explicación de andar por casa

Digamos que tengo un plato de sopa calentita, un vaso de leche caliente y un bizcocho recién salido del horno. De pronto, una llamada telefónica interrumpe mi comida. Cuando logro deshacerme de mi interlocutor, me encuentro con que mi festín se ha enfriado. La sopa está tan fría como la leche y la leche está tan fría como el bizcocho. Pues bien, el principio cero de la termodinámica me permite aventurar que la sopa está tan fría como el bizcocho. La ciencia trata a veces de categorizar lo evidente. Habrá que ver si la satisfacción científica compensa que mi comida está heladita.

¿Por qué el número cero?

El principio cero de la termodinámica fue enunciado tarde, muy tarde, más tarde que los demás principios. Como parecía un principio muy fundamental, a mucha gente le pareció buena idea darle un número anterior a los que ya estaban en uso.

¿Para qué sirve todo esto?

El principio cero sirve como base para construir termómetros. Podemos asignar una magnitud, la temperatura, a los sistemas en equilibrio termodinámico, de modo que si varios sistemas tienen la misma temperatura, entonces están en equilibrio termodinámico entre ellos. Un termómetro funciona alcanzando el equilibrio termodinámico con otro sistema e indicando la temperatura asociada a ese equilibrio. Además, el poder establecer una escala de temperatura, en combinación con otros principios físicos, permite pasar de un estado de gran ignorancia sobre el mundo a uno de sorprendente capacidad predictiva que permite crear toda clase de inventos para mejorar la calidad de vida de la gente. ¡Nada menos, oiga!

Categorías: Física

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