Termodinámica

CONCEPTOS BÁSICOS

1.1. SISTEMA AISLADO

Es aquella región del espacio que se aisla en forma real o imaginaria, con el fin de estudiar lo que ocurre dentro de ella. No intercambia ni materia ni energía con su entorno, es decir se encuentra en equilibrio termodinámico.

1.2. PROPIEDADES TERMODINÁMICAS

1.2.1. Calor:

El calor en termodinámica se considera como la energía que fluye al entrar en contacto dos sustancias que se encuentran a diferente temperatura. El calor siempre fluye del cuerpo caliente al cuerpo frío.

Por convención el calor que sale de un sistema tiene signo negativo; mientras que el calor que ingresa a un sistema tiene signo positivo.

1.2.2. Trabajo:

El trabajo en termodinámica siempre representa un intercambio de energía entre un sistema y su entorno.

w = F x d

w= (kg.m.s-2).m

w= kg.m2s-2 = 1 Joule

Por convención el trabajo que realiza el entorno sobre el sistema tiene signo positivo; mientras que si el sistema el que realiza trabajo sobre el entorno tiene signo negativo.

1.2.3. Energía:

La Energía interna, es la suma de todas las energías existentes en el sistema (cinética, térmica, potencial, etc). Algunos autores la representan con la letra U.

No se puede determinar, en forma absoluta, por lo tanto lo que se mide es la variación de energía interna del sistema (Delta de E).

Es propiedad extensiva, dependerá de la cantidad y calidad de materia.

1.3. ESTADO TERMODINÁMICO

Es aquella situación particular en que se encuentra un sistema termodinámico y se caracteriza por los valores que toman sus propiedades termodinámicas.

Los parámetros individuales son conocidos como variables de estado, parámetros de estado o variables termodinámicas. Una vez que una cantidad suficiente del conjunto de variables termodinámicas ha sido especificado, los valores de todas las otras propiedades del sistema son determinados únicamente. El número de valores requeridos para especificar el estado depende del sistema, y no es siempre conocido.

1.4. EQUILIBRIO TERMODINÁMICO

Equilibrio termodinámico. Sistema que se halla en equilibrio mecánico si la resultante de las fuerzas que actúan sobre él es nula. Se halla en equilibrio térmico si todas las partes o cuerpos que lo forman están a la misma temperatura, y se halla en equilibrio químico si en su interior no se produce ninguna reacción química. De un sistema que está en equilibrio mecánico, térmico y químico se dice que está en equilibrio termodinámico. Esta definición implica que si un sistema no se halla en equilibrio termodinámico tenderá de modo espontáneo y con independencia de cualquier acción extrema hacia un estado en que este equilibrio sea satisfecho.

De un sistema en equilibrio termodinámico en el que todas las partes, dentro de determinados límites de subdivisión, tienen las mismas propiedades se dice que es un sistema homogéneo, o que está constituido por una sola fase. En otros casos el sistema está constituido por varias fases, cada una de las cuales por sí misma es homogénea, pero difiere de las demás en al menos una característica {sistema heterogéneo).

CAPÍTULO II

HISTORIA

La historia de la termodinámica como disciplina científica generalmente comienza con Otto von Guericke quien, en 1650, construyó y diseñó la primera bomba de vacío y demostró un vacío usando sus hemisferios de Magdeburgo. Guericke, el físico y el químico Robert Boyle en 1656, en coordinación con el científico Robert Hooke, construyeron una bomba de aire. Con esta bomba, Boyle y Hooke observaron una correlación entre la presión, temperatura y volumen. Con el tiempo, se formularon la ley de Boyle.

En 1679, en base a estos conceptos, un asociado de Boyle, Denis Papin construyó un digestor de vapor, que era un recipiente cerrado con una tapa hermética en el que el vapor confinado alcanzaba una alta presión, aumentando el punto de ebullición y acortando el tiempo de cocción de los alimentos.

En 1697, basados en diseños de Papin, el ingeniero Thomas Savery construyó el primer motor térmico, seguido por Thomas Newcomen en 1712.

En 1733, Bernoulli usó argumentos estadísticos, junto con la mecánica clásica, para extraer resultados de la hidrodinámica, iniciando la mecánica estadística. En 1783, Lavoisier propone la teoría del calórico.

En 1798 Benjamin Thompson, conde de Rumford, demostró la conversión del trabajo mecánico en calor.

Sadi Carnot, considerado como el "padre de la termodinámica"

Sobre la base de todo este trabajo previo, Sadi Carnot, el "padre de la termodinámica ", publicó en 1824 Reflexiones sobre la energía motriz del fuego, un discurso sobre la eficiencia térmica, la energía, la energía motriz y el motor. El documento describe las relaciones básicas energéticas entre la máquina de Carnot, el ciclo de Carnot y energía motriz, marcando el inicio de la termodinámica como ciencia moderna.

La primera y segunda leyes de la termodinámica surgieron simultáneamente en la década de 1850, principalmente por la obras de Germain Henri Hess, William Rankine, Rudolf Clausius, James Prescott Joule y William Thomson (Lord Kelvin).

Los fundamentos de la termodinámica estadística se establecieron por los físicos como James Clerk Maxwell,Ludwig

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