Termodinamica

CONTENIDO

1.-SISTEMA: define como la parte del universo objeto de estudio. Un sistema termodinámico puede ser una célula, una persona, el vapor de una máquina de vapor, la mezcla de gasolina y aire en un motor térmico, la atmósfera terrestre, etc.

2.-Sistema cerrado: es aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores (su masa permanece constante).

Sistema abierto: es aquél que intercambia energía y materia con los alrededores.

3.-DENSIDAD Y DENSIDAD RELATIVA

Es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.

DENSIDAD RELATIVA

La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades)

Donde es la densidad relativa, es la densidad de la sustancia, y es la densidad de referencia o absoluta.

Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m3, es decir, 1 kg/dm3.

Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C

4.-PROPIEDADES DE UN SISTEMA

A una característica de un sistema se le llama propiedad. Ej: presión, temperatura, volumen, masa, etc. Las propiedades de un sistema se diferencian en dos grupos:

1) Propiedades Intensivas Son aquellas que no dependen de la masa del sistema, como son, temperatura, presión y densidad. Es decir, si pudiéramos aislar muchas partes del sistema y pudiéramos medir estas propiedades en dichas partes tendríamos siempre la misma medida. Por ejemplo, si estamos midiendo densidad no importa si tomamos un poco de masa o mucha porque de todas formas va a ser la misma densidad en ambos casos ya que esta no depende de la cantidad de masa a la cual midamos densidad sino de la cantidad que exista de ella en cierta cantidad de volumen, la cual permanece siempre constante.

2) Propiedades extensivas Son aquellas que dependen de la masa o extensión del sistema como son la misma masa y el volumen. Si medimos la propiedad masa de un sistema tendremos que si medimos cierta cantidad de masa tendremos cierta medida, pero si duplicamos la cantidad de masa tendremos también el doble en la medición, es decir, la medida de la masa depende de la cantidad, propiedad extensiva.

Densidad Masa por unidad de volumen. Se simboliza con la letra del alfabeto griego ro minúscula.

ρ = m / V = masa / Volumen (kg/m³, lbm/ft³)

Volumen específico Es el volumen por unidad de masa. Es el recíproco de la densidad.

v = 1/ρ = V/m (m³/kg, ft³/lbm)

Peso específico Es el peso de un volumen unitario de una sustancia. Se simboliza con la letra del alfabeto griego gamma que es como una r minúscula de trazos curvos. Aqui la simbolizamos con una simple "r".

r = ρ . g = densidad . gravedad (N/m³, lbf/ft³)

Gravedad específica o Densidad relativa Es el cociente de la densidad de una sustancia entre la densidad de alguna sustancia estándar a una temperatura especificada. En general, la sustancia estándar es agua a 4ºC. Se simboliza con la letra S mayúscula.

S = ρ_sustancia / ρ_agua a 4ºC = r_sustancia / r_agua a 4ºC

5.- ESTADO Y EQUILIBRIO

Se dice que un sistema se encuentra en estado de equilibrio termodinámico, si es incapaz de experimentar espontáneamente algún cambio de estado o proceso termodinámico cuando está sometido a unas determinadas condiciones de contorno, (las condiciones que le imponen sus alrededores). Para ello ha de encontrarse simultáneamente en equilibrio térmico, equilibrio mecánico y equilibrio químico.

6.- PROCESOS Y CICLOS

Proceso

A cualquier transformación en un sistema, desde un estado de equilibrio a otro, se le conoce como proceso. Dicho en otras palabras, es el cambio de estado de una sustancia o un sistema, desde unas condiciones iniciales(estado inicial) hasta unas condiciones finales(estado final) por una trayectoria definida.

Para describir completamente un proceso se requiere de los estados de equilibrio inicial y final, así como de la trayectoria o las interacciones del sistema con su entorno durante el proceso. Observando la figura 2. Piense en el proceso A como una sucesión continua de estados por los que pasa el sistema, que inicia en el estado1 y finaliza en el 2.

En muchos procesos es común observar que una propiedad permanece constante, y para indicar esto se usa el prefijo Iso; por lo tanto, un proceso a temperatura constante se denomina isotérmico, uno a presión constante, isobárico, uno a volumen constante, isométrico o isicórico, uno a entalpia constante, isentalpico, y uno a entropia constante, isentrópico.

En general los procesos dependiendo de sus características, trayectoria, o del comportamiento de las propiedades de la sustancia involucrada se pueden clasificar en procesos desarrollados con una propiedad constante y en procesos con características especiales. El primer grupo abarca los procesos Iso, y el segundo grupo enmarca los procesos Adiabáticos (Sin transferencia de calor a los alrededores) y politrópicos (donde ninguna propiedad permanece constante).

Para el estudio de los procesos termodinamicos se considera que cualquier estado intermedio entre el inicial y el final se encuentra muy cerca al equilibrio, esto es lo que se denomina proceso en cuasiequilibrio o casi al equilibrio.

El ciclo termodinámico.

Es un conjunto de procesos que secuencialmente retornan la sustancia de trabajo a sus condiciones iniciales. Cuando un sistema sigue una trayectoria cerrada, es decir, pasa a través de varios estados partiendo de un estado inicial y finalmente regresa al mismo, se considera que ha efectuado un Ciclo. La Figura 3. muestra un ciclo compuesto por los procesos A y B, se parte desde el estado 1 por la ruta del proceso A de tal modo que se alcanza el estado 2 y se sigue por la ruta del proceso B hasta finalizar el ciclo en el estado 1.

Como Usted vera posteriormente, un ciclo puede estar compuesto por más de dos procesos y algunos de esos procesos en ocasiones no son tan explícitos.

7.- TEMPERATURA Y LEY CERO EN TERMIDINAMICA

Equilibrio térmico

La temperatura T es aquella propiedad que determina la capacidad de un sistema para intercambiar calor. Su unidad es el kelvin (K).

Suponemos dos subsistemas A y B cerrados de paredes adiabáticas, definidos respectivamente por sus variables de equilibrio x1A,

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