Introduccion A La Termodinamica

INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

Termodinámica, del griego termo «calor», y dínamis «fuerza». Esta ciencia estudia, los fenómenos relacionados con los cambios de energía, que tienen lugar debido a la transmisión de calor y a la realización de trabajo.

La termodinámica es una ciencia macroscópica, es decir que trabaja con objetos visibles a simple vista, y puede ser resumido en una ecuación de estado que incluya;

magnitudes extensivas (volumen, masa, energía interna, entropía, composición molar, etc.), u otras magnitudes no-extensivas derivadas de las anteriores, también llamadas magnitudes intensivas promedio (temperatura, presión, potencial químico, etc.). Otras magnitudes tales como la imanación, la fuerza electromotriz y las asociadas con la mecánica de los medios continuos en general también pueden ser tratadas por medio de la termodinámica.

En esta ciencia se constituyen las teorías a partir de razonamientos deductivos de fenómenos observables, siguiendo una serie métodos experimentales, que estudian sistemas reales.

Sistemas termodinámicos

Un sistema termodinámico es una porción del Universo que se aísle para su estudio. Es una región restringida, no necesariamente de volumen constante ni fija en el espacio, en donde se puede estudiar la transferencia y transmisión de masa y energía y se debe definir cuidadosamente.

Esta restricción-aislamiento, se puede llevar a cabo de una manera real, en el campo experimental, o de una manera ideal, cuando se trata de abordar un estudio teórico.

Para las relaciones existentes entre los sistemas termodinámicos y su entorno, se definen un conjunto de paredes o fronteras termodinámicas, cerradas entre sí, de forma que, además de delimitar y confinar al sistema, nos informan sobre los equilibrios que pudiera tener el sistema con el resto del universo.

Tipos de Paredes y tipos de Sistemas Termodinámicos

Paredes restrictivas

Adiabática: No permiten el paso de energía térmica ni masa, solo de trabajo.

Rígida: No puede desplazarse, es decir, no puede variar el volumen del sistema.

Impermeable: No permite el paso de materia.

Paredes permisivas

Diatérmana o diatérmica: Permite el paso de energía térmica.

Móvil: Puede desplazarse.

Permeable: Permite el paso de materia.

Sistemas

Cerrados- Abiertos- Adiabáticos- Aislados y Rígidos (Siendo los sistemas, Cerrado y Abierto, los más comunes).

Sistema Cerrado: También llamado Masa de Control.

No tiene intercambio de materia (masa) con el entorno

Solo permite la transferencia de Energía, es decir, puede tener interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, así como puede realizar trabajo a través de su frontera.

Sistema Abierto: También llamado Volumen de Control.

Es posible la transferencia de masa y energía a través de sus límites y, también puede realizar trabajo de frontera.

La masa contenida no es necesariamente constante, debido a la libertad de entrada/salida de la misma.

Sistema Rígido: No permite cambio de Volumen.

Sistema Adiabático: (Adiabático: Del griego «adiabatus», que no se puede atravesar). Tiene en sus límites paredes del tipo adiabáticas o diatérmicas que restringen el tipo de intercambio con el entorno.

Sistema Aislado: No permite la transferencia de materia ni energía con el entorno. El universo en su totalidad puede considerarse como un sistema aislado.

Estado de un sistema termodinámico

El estado de un sistema queda identificado por el conjunto de valores que tienen las propiedades o magnitudes termodinámicas en un instante dado.

Cuando hablamos de magnitudes o propiedades nos referimos a,

- las magnitudes extensivas, dependen de la masa, siempre son letras mayúsculas (Volumen (V), Masa (M), Energía Interna (U), Entropía(S), etc.).

- Las propiedades intensivas no dependen de la masa del sistema (temperatura (t), presión (p), potencial químico, etc.).

Y si el valor de una propiedad extensiva lo dividimos por la masa del sistema la propiedad resultante lleva el nombre de propiedad específica, ej: V/M=v (volumen especifico).

Un sistema está en equilibrio termodinámico, si es incapaz de experimentar de manera espontánea en todos sus puntos, algún cambio de estado en las condiciones que le imponen los alrededores.

La termodinámica clásica trata, casi siempre, de transformaciones entre estados de equilibrio.

Procesos Termodinámicos

Se denomina proceso termodinámico, a la evolución de magnitudes termodinámicas relativas a un sistema termodinámico.

Desde un punto de vista termodinámico, estos cambios deben transcurrir desde un estado de equilibrio inicial a otro final, y las magnitudes que sufren una variación al pasar de un estado a otro deben estar perfectamente definidas en dichos estados inicial y final.

De esta forma los procesos termodinámicos pueden ser interpretados como el resultado de la interacción de un sistema con otro tras ser eliminada alguna ligadura entre ellos, de forma que finalmente los sistemas se encuentren en equilibrio (mecánico, térmico y/o material) entre sí.

De una manera menos abstracta, un proceso termodinámico puede ser visto como los cambios de un sistema, desde unas condiciones iniciales hasta otras condiciones finales, debidos a la desestabilización del sistema.

Tipos de Procesos

Proceso cíclico: Es un proceso en donde el estado final coincide con el inicial.

Proceso cuasiestático: Es una idealización de un proceso real, con condiciones modeladas, que se lleva a cabo de tal modo, que el sistema está en todo momento muy cerca del estado de equilibrio, como un proceso que se realiza en un número muy grande de pasos, o que lleva mucho tiempo y tiene bien definidas en cada momento sus variables macroscópicas (P, T, V). Este tipo de procesos no existe en la naturaleza, sino que es ideal o teórico.

Proceso no estático: Es un proceso de igualación, real, lo contrario al anterior (el proceso cuasiestático).

Proceso Reversible: Este tipo de proceso necesariamente es cuasiestático. El sistema evoluciona desde un estado en equilibrio inicial a uno final también en equilibrio. Caracterizado por la posibilidad de ser llevado de nuevo al estado inicial, sin que al finalizar todo el proceso, no se produzca una variación en el sistema ni en el medio rodeante, que dé lugar a un efecto residual que pueda revelar que se ha verificado el proceso. No puede haber degradación de energía, ni por ello, producción de entropía.

Proceso irreversible: Todos los procesos reales, en ellos siempre habrá degradación de energía y

...