Termodinamica

INTRODUCCION

Termodinámica

La termodinámica se encarga de estudiar las relaciones entre la energía y el calor que tienen lugar en los sistemas y relaciones entre las propiedades de equilibrio, sus leyes son aplicables a todos los fenómenos naturales. Se cumplen rigurosamente ya que están basadas en la conducta de los sistemas macroscópicos. Es importante notar que el tiempo no es una variable termodinámica, es decir, la termodinámica no considera el tiempo de transferencia. Su interés se centra en los estados inicial y final de un sistema sin mostrar ninguna curiosidad por la velocidad con la que se produce un cambio.

Las unidades de CGS de la energía eléctrica mecánica o térmica son el ergio, el joule y la caloría. La relación entre la unidad mecánica de trabajo y le térmica se conoce como equivalente mecánico del calor. Las primeras determinaciones de equivalente de Joule fueron la piedra fundamental que permitió establecer la primera ley de la termodinámica.

El objeto de estudio de la termodinámica está constituido por lo que se denomina “sistemas térmicos” de los que se dan a veces definiciones que no resultan convincentes del todo.

Sistema

Se define como cualquier porción del universo aislado en un recipiente inerte, puede ser real o imaginario, con el fin de estudiar el efecto de las diversas variables sobre él. A su vez la porción del universo excluida del sistema se denomina contorno. El contenido de un sistema puede variar ampliamente.

Las interacciones entre un sistema y su contorno son muy importantes en termodinámica y cuando entre ambas existe un intercambio de energía y materia tenemos un sistema abierto, y asilado en caso contrario. Se llama sistema cerrado a aquel que no intercambia materia con sus alrededores pero sí energía.

Un sistema homogéneo contiene sólo una fase mientras que un heterogéneo contiene más de una. Fase en la porción homogénea de un sistema, físicamente diferenciable y separable mecánicamente. En este caso separable mecánicamente significa que las fases pueden separarse entre sí por medio de la filtración, sedimentación, decantación u otros procesos mecánicos. No incluye evaporación, adsorción, destilación o extracción. Como los gases son miscibles totalmente sólo es posible un sistema de una fase gaseosa.

Las propiedades de un sistema se dividen en dos clases: intensiva y extensiva. Las extensivas dependen de la cantidad de sustancia del sistema, por ejemplo, la masa total volumen. En cambio las intensivas son aquellas cuyo valor es independiente de la cantidad total siendo función de la concentración total de la sustancia así tenemos la densidad, masa o energía molar.

Cuando se especifican los valores de las variables independientes de un sistema el estado del mismo queda determinado. Para devolver el sistema a sus condiciones iniciales las variables, las variables deben ajustarse a su valor original. Este hecho por el cual el estado de un sistema se repite al repetir el valor de las variables se conoce como principio de reproducibilidad de los estados.

Trabajo

El concepto del trabajo puede ser abordado desde diversos enfoques. Su definición básica indica que es la medida del esfuerzo hecho por los seres humanos. En física el trabajo es la fuerza realizada sobre un cuerpo equivalente a la energía necesaria para desplazar este cuerpo.

En el caso de un sistema termodinámico, el trabajo no es necesariamente de naturaleza puramente mecánica, ya que la energía intercambiada en las interacciones puede ser mecánica, eléctrica, magnética, química, etc. por lo que no siempre podrá expresarse en la forma de trabajo mecánico

De acuerdo a Beattie trabajo se define como cualquier cantidad que fluye a través del límite de un sistema durante un cambio de estado y que se puede utilizar para elevar un cuerpo en el medio externo. Algunos aspectos importantes de la definición:

-El trabajo solo aparecen las fronteras o límites del sistema.

-El trabajo solo aparece durante el cambio de estado

-El trabajo es igual a masa* gravedad *altura.

-Es positivo si h es positivo, y es negativo si el cuerpo ha descendido, es una cantidad algebraica.

Energía

La energía es una de las manifestaciones más fundamentales de la naturaleza, que acompaña todos los cambios y transformaciones. La forma más en la que esta aparece es él y hacia la cual tienden los demás, es el calor. Junto a este se produce la energía mecánica, eléctrica, química, radiante inherente a la luz visible y a la radiación en general. Tan diferentes pero relacionadas íntimamente entre sí.

∆E=q-w

La energía que es propiedad característica del sistema que puede incluir la energía translacional, la energía vibracional y rotacional de las moléculas y las energías de los electrones y núcleos, se denomina energía interna.

La energía total de un sistema como una suma de contribuciones debidas a diferentes tipos de energía:

E= E cinética+ E potencial + E interna +E interace

Calor

Se define termodinámicamente como una cantidad que fluye a través de la frontera de un sistema durante un cambio de estado, en virtud de una diferencia de temperatura, T, entre el sistema y su medio externo y que fluye de puntos de alta temperatura a puntos de baja temperatura.

También podemos de finir calor como una función de proceso, una forma de energía que solo está definida sin ambigüedad en los procesos de sistemas cerrados. El contacto térmico permite la transferencia de calor, la única variación posible de energía de una fuente de calor es debida a la transferencia de calor.

El calor es positiva cuando en el proceso hay un aumento de energía interna superior al aumento debido a la energía transferida al sistema en forma de trabajo, en este caso se dice que el sistema absorbe calor. Cuando el calor es negativo se dice que el sistema cede calor.

Calor es una forma de energía al igual que el trabajo. Los dos son formas de energía transferibles. No son una propiedad del sistema.

El calor y el trabajo son energías de transito, y por lo mismo deben tener un sentido, luego es necesario ponerse de acuerdo en el signo que se le asigna a estas energías según el sentido del flujo.

Capacidad calorífica

Es la energía necesaria para aumentar una unidad de temperatura de una determinada sustancia. Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad

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