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| Los hallazgos de la investigación dirigidos por Paul Cassak, profesor de WVU y director asociado del Centro de Física de Plasma CINÉTICO de WVU, han abierto nuevos caminos sobre cómo los científicos pueden comprender la primera ley de la termodinámica y cómo se calientan los plasmas en el espacio y los laboratorios. En esta foto, el plasma de argón brilla con un color azulado en un experimento del Centro. Crédito: Foto de WVU/Brian Persinger |
La primera ley de la termodinámica afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, pero sí convertirse en diferentes formas. Se ha utilizado para describir muchas cosas, como el funcionamiento de los frigoríficos y los motores de los coches. Es uno de los pilares de la física.
La primera ley de la termodinámica, creada en la década de 1850, sólo es válida para sistemas en equilibrio o en un estado en el que pueda determinarse con precisión una temperatura. Por ejemplo, un vaso de agua fría y otro de agua caliente alcanzarán gradualmente una temperatura templada al combinarse. Esta temperatura cálida es el equilibrio. Sin embargo, el agua está fuera de equilibrio cuando el agua caliente y la fría aún no han alcanzado ese punto final.
Del mismo modo, los sistemas necesitan el equilibrio en muchas ramas de la investigación moderna. Desde hace más de un siglo, la primera ley se ha extendido para materiales comunes fuera de equilibrio. Sin embargo, esas ideas sólo se sostienen cuando el sistema está aproximadamente en ese punto, como cuando el agua caliente y la fría están casi mezcladas. Por ejemplo, en los plasmas espaciales, que están muy lejos del equilibrio, las ideas no se aplican.
Físicos de la Universidad de Virginia Occidental han logrado un gran avance en una antigua limitación de la primera ley de la termodinámica. Se espera que el estudio revolucione la comprensión de los científicos sobre cómo se calientan los plasmas en el espacio y en los laboratorios, y puede tener una amplia variedad de aplicaciones en la física y otras ciencias.
Paul Cassak, catedrático y director asociado del Centro de Física de Plasmas KINETIC, declaró: "Hemos generalizado la primera ley de la termodinámica para sistemas que no están en equilibrio. Hicimos un cálculo con lápiz y papel para averiguar cuánta energía se asocia a que la materia no esté en equilibrio. Funciona tanto si el sistema está cerca como lejos del equilibrio".
Su estudio tiene varios usos potenciales. La idea ayudará a los científicos a comprender los plasmas espaciales, algo crucial para planificar la meteorología espacial. Las enormes explosiones en la atmósfera solar que liberan plasma sobrecalentado al espacio son las causantes de la meteorología espacial.
Según Cassak, "el resultado representa un gran paso en nuestra comprensión. Hasta ahora, el estado del arte en nuestra área de investigación consistía en contabilizar la conversión de energía sólo asociada a la expansión y el calentamiento, pero nuestra teoría proporciona una forma de calcular toda la energía procedente de no estar en equilibrio."
El asistente de investigación Hasan Barbhuiya, del Departamento de Física y Astronomía, afirmó: "Dado que la primera ley de la termodinámica se utiliza tan ampliamente, esperamos que científicos de una amplia gama de campos puedan utilizar nuestro resultado".
Investigaciones pioneras relacionadas con las de Cassak y Barbhuiya se están llevando a cabo en PHASMA, el experimento PHAse Space MApping, en el Centro de Física Experimental, Teórica e Integrada Computacional del Plasma de la WVU.
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