FÍSICA BACHILLERATO: Procesos físicos y químicos a temperatura y presión constante

Los procesos químicos en el laboratorio y en la naturaleza normalmente ocurren a presión y temperatura constantes. Esta situación es extremadamente importante en química, biología, geología y ciencias de materiales, ya que la mayoría de las reacciones químicas que observamos se producen en contacto con la atmósfera terrestre, que mantiene aproximadamente constante la presión, y en entornos donde la temperatura varía poco durante el proceso.

Por ello resulta especialmente útil reformular las leyes de la termodinámica que hemos visto en los dos post anteriores (este y este) para sistemas que evolucionan bajo condiciones de presión y temperatura constantes. En estos procesos, \(T\) y \(P\) permanecen constantes, pero las cantidades de materia \(n_i\) de cada especie química pueden variar debido a que tienen lugar reacciones químicas. Cada especie química debe considerarse en su estado de agregación correcto. Vamos a verlo:

 

La flecha termodinámica del tiempo

Continuamente, en nuestra experiencia cotidiana, percibimos que la evolución temporal hacia el futuro es diferente que la evolución hacia el pasado. Si vemos un vídeo en el que alguien suelta un vaso y, por tanto, éste comienza a caer convirtiendo su energía potencial en cinética y, tras chocar contra el suelo, esa energía cinética se invierte en generar sonido, en romper el vaso en mil pedazos, en lanzarlos a varios metros de distancia y en aumentar ligeramente la temperatura de la habitación, nada nos hará sospechar que el vídeo está trucado. Pero si nos muestran el mismo vídeo marcha atrás, es decir, en el que los trozos de vidrio capturan energía del sonido y la energía térmica de la habitación para juntarse y formar un vaso con velocidad hacia arriba que suba hasta la mano de una persona, automáticamente vamos a saber que no se trata de un proceso real y que el vídeo está invertido. El proceso invertido no va a ocurrir nunca, salvo en la película TENET, que es una película de ciencia ficción.

 

  

Sin embargo, las leyes microscópicas que gobiernan el comportamiento de cada partícula subatómica son invariantes si cambiamos futuro por pasado (en rigor, para que valga para todos los casos, si además cambiamos derecha por izquierda y partícula por antipartícula, lo que se conoce como invariancia CPT). Si nos ponen un vídeo de un proceso de física de partículas, no vamos a poder saber si está invertido o no.

Entonces, por qué el mundo microscópico no tiene flecha del tiempo y el macroscópico sí. Eso es lo que vamos a explicar en este post.

FÍSICA BACHILLERATO: Introducción a la termodinámica y a la física estadística

El currículo oficial de Física y Química de Bachillerato en España incluye una introducción a la termodinámica con conceptos que luego se aplican a la termoquímica de 2º de Bachillerato. Habitualmente los libros de texto abordan este tema de manera superficial, y el estudio riguroso de la termodinámica y de su origen microscópico, la física estadística, se dejan para la universidad.

Con este post, y con los que le siguen, voy a intentar demostrar que es posible dar a los estudiantes de Bachillerato y al público en general una introducción tanto a la termodinámica como a la física estadística sin simplificar los conceptos. Si quieres conocer los conceptos fundamentales de física estadística pero no has iniciado estudios universitarios de física, este es tu texto.