Sistemas Termodinamicos

Sistema termodinámico

Un sistema termodinámico está formado por cierta cantidad de materia o radiación en una región en el espacio que nosotros consideramos para su estudio. Al hablar de cierta región del espacio, surge de manera natural el concepto de frontera, esto es, la región que separa al sistema del resto del universo físico. Esta frontera en la mayoría de los casos, está constituida por las paredes del recipiente que contiene al sistema (fluidos, radiación electromagnética) o bien, su superficie exterior (trozo de metal, gota de agua). Sin embargo. Puede darse el caso de que la frontera del sistema pueda ser una superficie abstracta, representada por alguna condición matemática como el caso de una porción de masa de un fluido en reposo o en movimiento.

Es importante señalar que el sistema termodinámico y sus fronteras están determinadas por el observador. De hecho el observador determina el sistema a estudiar a través de restricciones que impone cuando lo elige para su estudio. Estas restricciones pueden ser de naturaleza geométrica, mecánica o térmica. Las primeras están impuestas a través de paredes que confinan el sistema a una región finita del espacio. Las mecánicas determinan como poder intercambiar energía con el sistema a través de la transmisión de trabajo mecánico. Incluyendo todos los equivalentes de este trabajo: trabajo eléctrico, electroquímico, eléctrico, químico, etc. Por ejemplo, un fluido encerrado en un recipiente con un pistón movible. Las paredes térmicas determinan la propiedad de poder afectar el grado relativo de enfriamiento o calentamiento que posee el sistema. Este por el momento lo determinaremos de manera burda por el sentido del tacto.

Alrededores:

La parte del universo que interacciona con el sistema constituye sus alrededores. La interacción del sistema y sus alrededores estará caracterizada por los intercambios mutuos de masa y energía, en sus diversas formas, la energía puede intercambiarse por medios mecánicos o por medios no mecánicos, esto es por procesos de calentamiento o enfriamiento.

En el caso de que un sistema este contenido en un recipiente, lo cual es una situación común en la termodinámica, el grado de interacción con sus alrededores dependerá de la naturaleza de sus paredes:

a) Paredes adiabáticas, son aquellas que no permiten que un sistema modifique su grado relativo de calentamiento. Los llamados aislantes térmicos a nivel comercial son excelentes ejemplos de materiales con esta propiedad, como la madera, el asbesto, etc.

En general supondremos que los sistemas poseen dimensiones suficientemente pequeñas para poder depreciar los efectos del campo gravitacional.

b) Paredes diatérmicas, son aquella que permiten interacciones que modifiquen el grado relativo de calentamiento. Los metales son materiales que constituyen excelentes paredes diatérmicas.

En virtud de la naturaleza de las paredes, los sistemas termodinámicos se pueden clasificar en:

1. Sistema cerrado. Tiene paredes impermeables al paso de la materia; en otras palabras, el sistema no puede intercambiar materia con sus alrededores, y su masa permanece constante.

2. Sistema Abierto. Puede existir intercambio de materia o del alguna forma de energía con los alrededores.

3. Sistema Aislado. No puede tener absolutamente ninguna interacción con sus alrededores. La pared resulta impermeable a la materia y a cualquier forma de energía mecánica o no mecánica.

Ejemplos de sistemas cerrados: una olla a presión que no permita el escape de gases, en el laboratorio un reactor.

Sistema aislado: es un sistema ideal, no existe en su perfección, el ejemplo más usual es el termo.

Ejemplos de sistemas abiertos, el motor de un auto (necesita gasolina), la tierra (necesita de la luz y calor del Sol), un vela quemándose. La mayoría de los sistemas son abiertos.

PROPIEDADES

Cualquier característica de un sistema se denomina se denomina propiedad

Algunos ejemplos son la presión, temperatura, volumen, masa, viscosidad, coeficiente de expansión térmico, reversibilidad entre otros.

PROPIEDADES INTENSIVAS

Algunos ejemplos de propiedades intensivas son la temperatura, la velocidad, el volumen específico (volumen ocupado por la unidad de masa), el punto de ebullición, el punto de fusión, una magnitud escalar, una magnitud vectorial, la densidad etc.

Si se tiene un litro de agua, su punto de ebullición es 100 °C (a 1 atmósfera de presión). Si se agrega otro litro de agua, el nuevo sistema, formado por dos litros de agua, tiene el mismo punto de ebullición que el sistema original. Esto ilustra la no actividad de las propiedades intensivas.

EJEMPLO PROPIEDADES INTENSIVAS.

1. Temperatura (T).

2. Volumen específico (Ve).

3. Índice de refracción.

4. Volumen molar.

5. Presión (p).

6. Voltaje (v).

7. Densidad (d).

PROPIEDADES EXTENSIVAS

Son las que si dependen de la cantidad de sustancias del sistema, y son recíprocamente equivalentes a las intensivas. Algunos ejemplos de propiedades extensivas son la masa, el volumen, el peso, cantidad de sustancia, etc. dependiendo del tamaño o extensión del sistema masa, volumen y energía las propiedades extensivas por unidad de masa se llaman propiedades específicas y tenemos:

Energía especifica = E / m = e

Volumen especifico = v / m = V

Energía interna = u / m = μ

EJEMPLO PROPIEDADES EXTENSIVAS.

1. Energía interna (U).

2. Capacidad calorífica (C).

3. Peso (P)

4. Entalpía (H)

5. Entropía (S).

6. Volumen (V).

7. Trabajo (W).

PRESION.

Es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.

En el sistema internacional de unidades (S.I.) la presión se

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