Conceptos básicos termodinámica

Facultad de Ciencias Químicas        .

Ingeniería Química

Termodinámica

(Nombre docente)

Semestre agosto 2022-enero 2023

CONCEPTOS BÁSICOS DE LA TERMODINÁMICA

(Nombre alumno)

Entregado el 29 de agosto de 2022

CONCEPTOS BÁSICOS DE LA TERMODINÁMICA

La termodinámica es una rama de la ciencia -que junto a la mecánica y el electromagnetismo- que forma parte de las leyes básicas de la física. Relaciona a la materia con la energía, principalmente en sistemas macroscópicos; su nombre en sí significa “potencia generada por el calor”, de modo que sus principales aplicaciones fueron enfocadas hacia las máquinas térmicas (tales como la máquina de vapor). Los principios de la termodinámica se engloban en cinco postulados.

La aplicación de la termodinámica a problemas reales comienza identificando un cuerpo, objeto, cantidad de materia o región para su estudio; dicho foco de atención recibe el nombre de sistema. El sistema es interdependiente con el entorno o medio exterior, lo cual refiere a aquello que lo rodea; el sistema se separa del medio exterior por medio de una frontera que también es llamada límite de sistema.

Pero a todo esto ¿qué es a energía? Se tiende a conceptualizar como como una propiedad física escalar, la capacidad de realizar trabajo; la energía total de un sistema es la cantidad total de trabajo que se realizó sobre este, y es medida en Joules (J). Desde un punto de vista termodinámico, la energía total de sistema es la suma de as magnitudes de las diferentes formas de energía (cinética, potencial, molecular, química, etc).

Cuando la frontera del sistema evita cualquier interacción con el medio exterior, se tiene un sistema aislado, lo cual implica que no hay un intercambio de materia ni de energía. Por otro lado, cuando se permite el paso de energía, pero no de masa (dado a que se mantiene constante) es cuando se presencia un sistema cerrado. Por su parte, se tiene un sistema abierto cuando la masa y la energía pueden pasar la frontera.

La primera Ley Termodinámica tiene consecuencias diferentes según sea el proceso en cuestión. En lo que respecta a los Sistemas Adiabáticos el intercambio de calor entre el sistema y los alrededores es nulo, donde el trabajo intercambiado equivale al incremento de energía interna. Por el contrario, en los Sistemas Isotérmicos, la energía interna del sistema depende exclusivamente de la temperatura, por ese motivo, si un gas ideal sufre un proceso isotérmico la temperatura no sufrirá de variaciones y su energía tampoco.

Cuando un sistema es desplazado de un estado en equilibrio pasa por un proceso de transformación, también llamado cambio de estado, trayectoria, ciclo, o simplemente proceso. Este está en trance hasta que se alcancen los valores de un estado de equilibrio final, y estará definido siempre y cuando se establezcan los valores de un estado inicial y final, así como la secuencia de los estados intermedios en el orden que recorre el sistema.

Para describir el cambio de estado se considera el cambio desde un estado específico inicial a uno final y se especifique cada uno; la trayectoria se define especificando el estado inicial, la secuencia en orden y el estado final; el proceso de operación consiste en establecer la frontera, el cambio de estado o los efectos producidos en el sistema durante cada etapa del proceso, y los efectos producidos en el entorno a lo largo de cada etapa; en el caso de un sistema que es sometido a un cambio de estado y este regresa a su estado inicial se tiene un ciclo.

El equilibrio denota una condición estática, la ausencia de un cambio o de la tendencia al cambio a la escala macroscópica; entonces, el estado de equilibrio existe ante la falta a la tendencia al cambio de estado. Dentro de un sistema puede ocurrir una serie de cambios que no podrán proseguir de manera indefinida para alcanzar una condición final de estática. Cuando el sistema permite interactuar a la energía con el exterior se trabaja con equilibrio externo e interno. En el caso de los sistemas aislados, los cambios ocurridos dentro de este podrían determinarse acudiendo a instrumentos como termómetros o manómetros, y esto implica llegar a un equilibrio interno; este se ve asociado con el estado del sistema, mismo que se le puede identificar cuando cada una de sus propiedades están determinadas por un valor definido; entonces, podemos identificar a las propiedades como a cualquier característica cuantificable que permita o ayude a definir al sistema; algunas propiedades que se pueden identificar son:

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