Capítulo I. Introducción Y Conceptos Básicos CENGEL Termodinamica

Capítulo I. Introducción y conceptos Básicos

En este capítulo se definen y analizan los conceptos y fundamentos básicos de la termodinámica.

La termodinámica es la ciencia de la energía, la cual se considera como la capacidad de causar cambios.

El principio de conservación de la energía, nos expresa que durante una interacción, la energía puede cambiar de una forma a otra pero su cantidad total permanece constante. Es decir, la energía no se crea ni se destruye.

La primera ley de la termodinámica es simplemente una expresión del principio de conservación de la energía, y sostienen que la energía es una propiedad termodinámica. La segunda ley de la termodinámica afirma que la energía tiene calidad así como cantidad, y los procesos reales ocurren hacia donde disminuye la calidad de la energía.

Se sabe bien que una sustancia está constituida por un gran número de partículas llamadas moléculas, y que las propiedades de dicha sustancia dependen, del comportamiento de estas partículas. Existen dos enfoques, al enfoque macroscópico no requiere conocer el comportamiento de cada una de las partículas se le llama termodinámica clásica, y al enfoque más elaborado, se le llama termodinámica estadística.

Un sistema se define como una cantidad de materia o una región en el espacio elegida para análisis. La masa o región fuera del sistema se conoce como alrededores. La superficie real o imaginaria que separa al sistema de sus alrededores se llama frontera.

Los sistemas se pueden considerar abiertos o cerrados, dependiendo si se elige para estudio de una masa fija o un volumen fijo en el espacio. Un sistema cerrado (conocido también como una masa de control) consta de una cantidad fija de masa y ninguna otra puede cruzar su frontera. Pero la energía, en forma de calor o trabajo puede cruzar la frontera; y el volumen de un sistema cerrado no tiene que ser fijo. Si, como caso especial, incluso se prohíbe que la energía cruce la frontera, entonces se trata de un sistema aislado.

Un sistema abierto, o volumen de control, es una región elegida apropiadamente en el espacio. Generalmente encierra un dispositivo que tiene que ver con flujo másico, como un compresor, turbina o tobera. Tanto la masa como la energía apoden cruzar la frontera de un volumen de control.

Las fronteras de un volumen de control se conocen como superficie de control, y pueden ser reales o imaginarias. Un volumen de control puede ser fijo en tamaño y forma, o podría implicar una frontera móvil.

Cualquier característica de un sistema se llama propiedad. Se considera que las propiedades son intensivas o extensivas. Las propiedades intensivas son aquellas que son independientes de la masa de un sistema, mientras que, las extensivas son aquellas que dependen del tamaño o extensión del sistema. Las propiedades extensivas pro unidad de masa se llaman propiedades específicas.

Se dice que un sistema está en equilibrio termodinámico si mantiene el equilibrio térmico, mecánico, de fase y químico. Cualquier cambio de un estado a otro recibe el nombre de proceso. Un proceso con estados finales idénticos se denomina ciclo. Durante un proceso cuasiestático o de cuasiequilibrio, el sistema permanece prácticamente en equilibrio todo el tiempo.

El número de propiedades requeridas para fijar el estado de un sistema se determina mediante el postulado de estado: El estado de un sistema compresible simple se especifica por completo mediante dos propiedades intensivas independientes. Se trata de un sistema compresible simple cuando carece de efectos eléctricos, magnéticos, gravitacionales, de movimiento y tensión superficial. El postulado de estado requiere que las dos propiedades especificas sean independientes para fijar el estado, y son independientes si una de ellas puede variar mientras la otra se mantiene constante.

Cualquier cambio de un estado de equilibrio a otro experimentado por un sistema es un proceso, y la serie de estados por los que pasa un sistema durante este proceso es una trayectoria del proceso. Se dice que un sistema ha experimentado un ciclo si regresa a su estado inicial al final del proceso.

Un proceso de flujo estacionario se define como un proceso durante el cual un fluido fluye de forma estacionaria (no presenta cambios con el tiempo) por un volumen de control.

Se dice, que dos o más cuerpos han alcanzado el equilibrio térmico cuando se detiene la transferencia de calor, es decir que tienen una igualdad térmica. La ley cero de la termodinámica establece

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