Termodinámica
4. Ley Cero de la Termodinámica.
AD.01.04.01. Ley Cero de la Termodinámica.
El propósito esperado de este tema es conocer la Ley Cero de la Termodinámica. Cuya principal importancia es el cálculo del equilibrio térmico para los diferentes sistemas en estudio, la aplicación de las escalas térmicas y el estudio de los cambios de energía para dichos sistemas.
Ley Cero de la Termodinámica
La Ley Cero de la Termodinámica, nos permite entender y medir la temperatura, y es la base de gran parte de la física y la ingeniería que conocemos.La ley nos dice que, si dos sistemas tienen la misma temperatura que un tercer sistema, entonces esos dos sistemas tienen la misma temperatura entre sí, aunque no estén en contacto directo. Aunque parezca muy obvia, esta ley es fundamental y de ahí su nombre de "Ley Cero" (se descubrió después de la Primera y Segunda Ley, pero es más básica y lógica). Su importancia radica en:
- Nos permite medir la temperatura
- Define el concepto de temperatura
- Base para otras leyes de la termodinámica
- Aplicaciones en la vida diaria y la industria
Aplicación de la Ley cero de la Termodinámica
Como vimos, la aplicación más importante y fundamental de la Ley Cero es la medición de la temperatura.
Pero vamos a detallar algunos ejemplos prácticos:
- El Termómetro Común (de mercurio, alcohol, digital)
- Sistemas de Calefacción y Aire Acondicionado
- Procesos Industriales: Control de Calidad, Seguridad en plantas químicas, nucleares, etc.
- Cocinando Alimentos
- Cuidado de la Salud (Termómetros Clínicos)
Aplicación de la Ley Cero de la Termodinámica
La Ley Cero suele enunciarse de la siguiente manera:
Si el Sistema A está en equilibrio térmico con el Sistema C, Y el Sistema B está en equilibrio térmico con el Sistema C, ENTONCES, el Sistema A está en equilibrio térmico con el Sistema B. Usando una notación más simbólica, podríamos decir:
- Sea TA la temperatura del sistema A
- Sea TB la temperatura del sistema B
- Sea TC la temperatura del sistema C
Entonces, la Ley Cero se puede expresar como: Si (TA=TC) y (TB=TC), entonces (TA=TB).
Ejercicios de Ley cero de la Termodinámica
Ejercicio 1: El vaso de agua y el jugo
Planteamiento:
Tienes un vaso de agua (Sistema A) y un recipiente de jugo (Sistema B). Usas un termómetro (Sistema C) para medir la temperatura del agua y ves que marca 20°C. Luego, usas el mismo termómetro para medir la temperatura del jugo y también marca 20°C.
Pregunta: ¿Qué puedes decir sobre la relación entre la temperatura del vaso de agua y la temperatura del recipiente de jugo?
Solución
Ejercicios de Ley cero de la Termodinámica
Ejercicio 2. Refrigerador o nevera
Aplicación: Guardas tus alimentos en el refrigerador para que se mantengan fríos y frescos.
¿Cómo aplica la Ley Cero?
El refrigerador tiene un sistema de enfriamiento que baja la temperatura del aire dentro de él (Sistema B). Cuando pones alimentos (Sistema A) en el refrigerador, estos están más calientes que el aire.
El calor de los alimentos se transfiere al aire frío hasta que los alimentos y el aire alcanzan el equilibrio térmico, es decir, la misma temperatura.
Solución
Ejercicios de Ley cero de la Termodinámica
Ejercicio 3. Sensación térmica en ambientes diferentes Aplicación: Entras a una habitación climatizada desde el exterior. Aunque el termómetro (Sistema C) de la habitación marque 22∘C, y tu cuerpo (Sistema A) esté a 37∘C, tu piel (Sistema B) puede sentir frío o calor al principio. ¿Cómo aplica la Ley Cero?
Inicialmente, tu cuerpo no está en equilibrio térmico con el aire de la habitación. Si la habitación está más fría que tu cuerpo, tu cuerpo cede calor al aire y te sientes frío.
Con el tiempo, tu cuerpo se aclimata, es decir, el aire alrededor de tu piel y tu piel misma comienzan a acercarse a la temperatura de la habitación
Solución
Conclusión
En resumen, la Ley Cero de la Termodinámica es la razón por la que podemos confiar en que la temperatura es una propiedad real y medible que nos permite comprender y controlar el flujo de calor y energía en el universo. Es la base lógica que precede y valida todas las demás leyes de la termodinámica, siendo indispensable tanto en nuestra vida cotidiana como en las aplicaciones tecnológicas más avanzadas.
Referencias
- Cengel, Y. A., & Boles, M. A. (2019). Termodinámica. McGraw-Hill Interamericana. (Un texto fundamental y muy utilizado en ingeniería para comprender los principios de la termodinámica).
- Moran, M. J., Shapiro, H. N., Boettner, D. D., & Bailey, M. B. (2018). Fundamentals of Engineering Thermodynamics. Wiley. (Excelente para un enfoque más ingenieril de la termodinámica).
- Atkins, P., & De Paula, J. (2014). Atkins' Physical Chemistry. Oxford University Press. (Para un enfoque más profundo y fisicoquímico de la termodinámica).
- Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2018). Física para ciencias e ingeniería (Vol. 1 y 2). Cengage Learning. (Especialmente los capítulos sobre Termodinámica).
- Tipler, P. A., & Mosca, G. (2007). Física para la ciencia y la tecnología (Vol. 1 y 2). Reverté. (También contiene secciones detalladas sobre Termodinámica).
- Young, H. D., & Freedman, R. A. (2018). Física universitaria con física moderna (Vol. 1 y 2). Pearson Educación. (Una de las obras más completas y utilizadas para cursos de física general).
- https://www.matech77.com/2023/02/termodinamica-ley-cero-primera-ley.html
- Mtro. Gilberto Castro Vélez - Universidad Tecnológica de Acapulco
- Mtro. Jacob Casillas Solano - Universidad Tecnológica de Acapulco
- Dr. Roberto Alvarado Juárez - Universidad Tecnológica del Centro de Veracruz
- Mtro. Jesus Jonathan Mariche Bernal - Universidad Tecnológica de Acapulco
- Dr. Jesús Alejandro Álvarez Galeana - Universidad Tecnológica de Acapulco
- Mtro. Daniel García Alcocer - Universidad Tecnológica de Acapulco
Solución: Identificación de los sistemas:
- Sistema A = Vaso de agua
- Sistema B = Recip
Análisis según la Ley Cero:
- El vaso de agua (A) está en equilibrio térmico con el termómetro (C) porque ambos marcan 20°C. Esto significa que TA=TC.
- El recipiente de jugo (B) también está en equilibrio térmico con el termómetro (C) porque ambos marcan 20°C. Esto significa que TB=TC.
- Conclusión: Según la Ley Cero de la Termodinámica, si TA=TC y TB=TC, entonces TA=TB. iente de jugo
- Sistema C = TermómetroPor lo tanto, el vaso de agua y el recipiente de jugo están en equilibrio térmico entre sí, es decir, ambos tienen la misma temperatura (20°C).
Respuesta: La Ley Cero nos garantiza que si el aire dentro del refrigerador (Sistema B) está a una cierta temperatura (por ejemplo, 4∘C), y el termostato (Sistema C) registra esa temperatura, entonces los alimentos (Sistema A) que han estado el tiempo suficiente dentro del refrigerador también alcanzarán esa misma temperatura de 4∘C y estarán en equilibrio térmico con el aire y el termostato. Esto es lo que permite que el refrigerador mantenga tus alimentos fríos de manera efectiva.
Respuesta: La Ley Cero explica que, con el tiempo, tu piel (Sistema B) buscará el equilibrio térmico con el aire de la habitación (Sistema C). Si tu piel llega a la misma temperatura que el aire de la habitación, entonces dejarás de sentir frío o calor extremo y te sentirás más cómodo, porque ya no habrá un flujo neto de calor entre tu piel y el ambiente.
La temperatura que marca el termómetro de la habitación es la temperatura a la que tu cuerpo se adaptará una vez que alcance el equilibrio térmico con el aire.
AD.01.04.01. Ley Cero de la Termodinámica.
Daniel García Alcocer
Created on September 28, 2025
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Termodinámica
4. Ley Cero de la Termodinámica.
AD.01.04.01. Ley Cero de la Termodinámica.
El propósito esperado de este tema es conocer la Ley Cero de la Termodinámica. Cuya principal importancia es el cálculo del equilibrio térmico para los diferentes sistemas en estudio, la aplicación de las escalas térmicas y el estudio de los cambios de energía para dichos sistemas.
Ley Cero de la Termodinámica
La Ley Cero de la Termodinámica, nos permite entender y medir la temperatura, y es la base de gran parte de la física y la ingeniería que conocemos.La ley nos dice que, si dos sistemas tienen la misma temperatura que un tercer sistema, entonces esos dos sistemas tienen la misma temperatura entre sí, aunque no estén en contacto directo. Aunque parezca muy obvia, esta ley es fundamental y de ahí su nombre de "Ley Cero" (se descubrió después de la Primera y Segunda Ley, pero es más básica y lógica). Su importancia radica en:
Aplicación de la Ley cero de la Termodinámica
Como vimos, la aplicación más importante y fundamental de la Ley Cero es la medición de la temperatura. Pero vamos a detallar algunos ejemplos prácticos:
Aplicación de la Ley Cero de la Termodinámica
La Ley Cero suele enunciarse de la siguiente manera: Si el Sistema A está en equilibrio térmico con el Sistema C, Y el Sistema B está en equilibrio térmico con el Sistema C, ENTONCES, el Sistema A está en equilibrio térmico con el Sistema B. Usando una notación más simbólica, podríamos decir:
- Sea TA la temperatura del sistema A
- Sea TB la temperatura del sistema B
- Sea TC la temperatura del sistema C
Entonces, la Ley Cero se puede expresar como: Si (TA=TC) y (TB=TC), entonces (TA=TB).Ejercicios de Ley cero de la Termodinámica
Ejercicio 1: El vaso de agua y el jugo Planteamiento: Tienes un vaso de agua (Sistema A) y un recipiente de jugo (Sistema B). Usas un termómetro (Sistema C) para medir la temperatura del agua y ves que marca 20°C. Luego, usas el mismo termómetro para medir la temperatura del jugo y también marca 20°C. Pregunta: ¿Qué puedes decir sobre la relación entre la temperatura del vaso de agua y la temperatura del recipiente de jugo?
Solución
Ejercicios de Ley cero de la Termodinámica
Ejercicio 2. Refrigerador o nevera Aplicación: Guardas tus alimentos en el refrigerador para que se mantengan fríos y frescos. ¿Cómo aplica la Ley Cero? El refrigerador tiene un sistema de enfriamiento que baja la temperatura del aire dentro de él (Sistema B). Cuando pones alimentos (Sistema A) en el refrigerador, estos están más calientes que el aire. El calor de los alimentos se transfiere al aire frío hasta que los alimentos y el aire alcanzan el equilibrio térmico, es decir, la misma temperatura.
Solución
Ejercicios de Ley cero de la Termodinámica
Ejercicio 3. Sensación térmica en ambientes diferentes Aplicación: Entras a una habitación climatizada desde el exterior. Aunque el termómetro (Sistema C) de la habitación marque 22∘C, y tu cuerpo (Sistema A) esté a 37∘C, tu piel (Sistema B) puede sentir frío o calor al principio. ¿Cómo aplica la Ley Cero? Inicialmente, tu cuerpo no está en equilibrio térmico con el aire de la habitación. Si la habitación está más fría que tu cuerpo, tu cuerpo cede calor al aire y te sientes frío. Con el tiempo, tu cuerpo se aclimata, es decir, el aire alrededor de tu piel y tu piel misma comienzan a acercarse a la temperatura de la habitación
Solución
Conclusión
En resumen, la Ley Cero de la Termodinámica es la razón por la que podemos confiar en que la temperatura es una propiedad real y medible que nos permite comprender y controlar el flujo de calor y energía en el universo. Es la base lógica que precede y valida todas las demás leyes de la termodinámica, siendo indispensable tanto en nuestra vida cotidiana como en las aplicaciones tecnológicas más avanzadas.
Referencias
Solución: Identificación de los sistemas:
Análisis según la Ley Cero:
Respuesta: La Ley Cero nos garantiza que si el aire dentro del refrigerador (Sistema B) está a una cierta temperatura (por ejemplo, 4∘C), y el termostato (Sistema C) registra esa temperatura, entonces los alimentos (Sistema A) que han estado el tiempo suficiente dentro del refrigerador también alcanzarán esa misma temperatura de 4∘C y estarán en equilibrio térmico con el aire y el termostato. Esto es lo que permite que el refrigerador mantenga tus alimentos fríos de manera efectiva.
Respuesta: La Ley Cero explica que, con el tiempo, tu piel (Sistema B) buscará el equilibrio térmico con el aire de la habitación (Sistema C). Si tu piel llega a la misma temperatura que el aire de la habitación, entonces dejarás de sentir frío o calor extremo y te sentirás más cómodo, porque ya no habrá un flujo neto de calor entre tu piel y el ambiente. La temperatura que marca el termómetro de la habitación es la temperatura a la que tu cuerpo se adaptará una vez que alcance el equilibrio térmico con el aire.