La
termodinámica (del
griego θερμo-,
termo, que significa "calor"
[1] y δύναμις,
dínamis, que significa "fuerza")
[2] es una rama de la
física que estudia los efectos de los cambios de magnitudes de los sistemas a un nivel macroscópico. Constituye una
teoría fenomenológica, a partir de
razonamientos deductivos, que estudia sistemas reales, sin
modelizar y sigue un método experimental.
[3] Los cambios estudiados son los de
temperatura,
presión y
volumen, aunque también estudia cambios en otras magnitudes, tales como la
imanación, el
potencial químico, la
fuerza electromotriz y el estudio de los
medios continuos en general. También podemos decir que la termodinámica nace para explicar los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre sistemas térmicos diferentes. Para tener un mayor manejo especificaremos que
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 en forma de calor o
trabajo. También se introduce una magnitud llamada
entropía,
[4] que mide el
orden y el estado dinámico de los sistemas y tiene una conexión muy fuerte con la
teoría de información. 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 la
química, la
física, la
ingeniería química, etc, por nombrar algunos.