Intro a la Termodinamica

Formas de Energía

• Energía Cinética (movimiento)

• Mecánica

• Objetos macroscópicos en movimiento

• Térmica

• Movimiento submicroscópico de átomos, moléculas e iones

• Eléctrica

• Movimiento de electrones a través de un conductor

• Radiante

• Radiación electromagnética propagándose por el espacio

• Energía Potencial
  (de posición)

• Gravitacional

• posición respecto de un campo gravitacional

• Electrostática

• cargas eléctricas próximas

• Química

• atracción de electrones y núcleos en moléculas

¿De qué se trata?

La termodinámica es la ciencia de la energía y de los cambios energéticos de la materia

• de la transferencia de energía de un sistema a otro

• de la conversión de energía de una forma a otra

• de la dirección de los cambios espontáneos

• de la obtención de trabajo mecánico

• de los cambios en la materia derivados de la transferencia de energía

• estado

• forma de agregación

• reacciones químicas de formación de compuestos

• formación de soluciones

• de las estructuras que adopta la materia

Preguntas que se responden con ayuda de la termodinámica

¿Como describir un proceso?

Sistema y Medio Ambiente

• Primero es necesario aislar y definir la porción específica de materia y/o los límites en que ella se encuentra, lo que constituye el SISTEMA.

• Una porción del resto del universo de dimensiones arbitrarias constituirá el MEDIO AMBIENTE con el cual interactúa el sistema.

• El sistema es el equivalente del cuerpo libre en mecánica.

• Universo

Tipos de sistema

• Si el sistema intercambia masa y energía con el medio ambiente, se le llama ABIERTO

• Si sólo intercambia energía, es un sistema CERRADO (no aislado), que interactúa mecánica-, térmica- químicamente, (etc.) con el entorno

• Si no tiene interacción con el exterior, se le llama (cerrado) AISLADO

• ❸

Procesos

• Un mismo sistema puede existir en una variedad de condiciones diferentes o ESTADOS, caracterizados por combinaciones específicas de valores de VARIABLES DE ESTADO

• El tránsito desde un estado a otro se denomina PROCESO

• Un proceso es una secuencia de estados por la que atraviesa un sistema

Estados de equilibrio

• Dada la complejidad de los fenómenos naturales, se introducen simplificaciones estructurales en la termodinámica que hagan posible un modelo simple:

• sólo se consideran estados de equilibrio, es decir, combinaciones estables de valores de las variables de estado

• Se definen funciones de estado, es decir, variables cuyo valor se determina en base a los valores actuales de otras variables, independendientemente de la historia previa de procesos para llegar a ese estado. Esto es aplicable a gases y líquidos, pero no a los materiales sólidos, donde la historia de tratamiento es fundamental para describir la condición presente. 

Dimensión temporal

• El tiempo en cada proceso se comprime a dos estados:  inicial y final. Cualquier secuencia de procesos entre el estado inicial y final implica el mismo cambio en las variables de estado.

• Esto es aplicable a gases y líquidos, pero no a los materiales sólidos.

Dimensión espacial

• La descripción espacial de los sistemas se simplifica prescindiendo de toda consideración de forma.

• Los sistemas se tratan en la mayoría de los casos como si fueran exclusivamente gases, cuya única referencia espacial es el volumen que ocupan.

• Cuando el problema lo amerita, se puede considerar la superficie como un rasgo espacial específico que se agrega al volumen

• La posición respecto de un campo (p.ej. Gravitacional) se considera en algunos casos.

Equilibrio Termodinámico

• El equilibrio termodinámico implica en general ausencia de gradientes de potencial que provoquen

• cambios en un sistema aislado

• interacciones con su medio ambiente para un sistema abierto o cerrado (no aislado)

• Los potenciales de cambio en un sistema provienen  de desigualdades de

temperatura

presión

potencial químico

¿Como describir un proceso?

Conclusión

• La termodinámica clásica es un modelo macroscópico altamente simplificado de los fenómenos de intercambio de energía respecto del tiempo, espacio y equilibrio.

• Permite examinar en forma cuantitativa fenómenos energéticos asociados a la constitución interna de la materia:

• calor y su conversión en trabajo

• reacción química,

• cambio de estado de agregación,

• disolución y viceversa

• Sus resultados representan comportamientos límite que sirven de referencia para evaluar fenómenos reales.

Referencias

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