Termodinámica.

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CONCEPTOS BASICOS

Y

PROPIEDADES FUNDAMENTALES

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En esta unidad se describe la parte conceptual más importante como lo es el concepto de sistema, los sistemas de unidades, las propiedades termodinámicas, el concepto de equilibrio, el concepto de estado y cambio de estado. Las características de las funciones, todo lo anterior como la parte básica para la buena comprensión de la termodinámica.

1.1 INTRODUCCIÓN

  TERMODINÁMICA  

Es la ciencia que estudia la transformación y el intercambio de  energía entre un sistema y sus alrededores.

La termodinámica como ciencia, se enfoca a los diversos fenómenos donde interviene la energía y las propiedades relacionadas con la materia, especialmente surge para el tratamiento, análisis y manejo de las leyes de transformación del calor en otras formas de energía como el trabajo.

Esta ciencia, es de importancia fundamental para todas las ramas de la ingeniería porque permite la total comprensión de los procesos naturales o industriales, además de ser la herramienta  básica para el establecimiento de las relaciones entre los distintos tipos de materia y energía que participan en dichos procesos. Dentro de tales procesos están incluidos todos los relacionados con la obtención de materiales tales como los procesos pirometalúrgicos, cuya principal característica es el manejo del calor como fuente fundamental de energía para el trabajo a altas temperaturas, en este caso, se hace  imposible la optimización de estos procesos sin tener como antecedente la base termodinámica. Por ejemplo, el cambio de estado sólido a líquido, es una de las transformaciones de mayor importancia.  Esta transformación requiere de una cierta cantidad de calor que con el fundamento termodinámico y en función de la materia presente, puede determinarse fácilmente, así como la manera en que debe suministrarse.  La termodinámica es también de gran importancia en el aspecto social, porque sus principios pueden aplicarse al estudio del comportamiento del ente humano y a su forma de interacción con otros elementos de su sistema social.

Por ejemplo, desde el punto de vista termodinámico el ser humano es un sistema abierto que recibe materia y energía de los alrededores (impulsos, sensaciones, emociones, alimento), internamente realiza una transformación de estos y elimina sus desperdicios para formar un circuito o un ciclo bio-energético. La vida de este cuerpo depende del suministro constante de materia y energía así como de su eliminación. La supervivencia de este sistema humano esta entonces sujeta a este equilibrio dinámico. Se ha visto que el dinamismo o equilibrio dinámico del sistema humano con los alrededores depende de una bipolaridad energética  y de la forma en que esta se distribuye en todo el cuerpo, así como de las características propias de cada individuo, es decir de sus propiedades individuales, estas establecen la capacidad de respuesta del ser humano ante sus alrededores.

I.2   CONCEPTOS BÁSICOS Y DEFINICIONES

Para comprender apropiadamente la termodinámica se hace necesario conocer el lenguaje conceptual que se utiliza en esta ciencia, a continuación se da una explicación de los términos más comunes.

SISTEMA:  

Se considera como tal a una porción del universo o materia que se separa del resto para su estudio experimental o teórico, sus límites se conocen como  FRONTERA o CONTORNO, y todo aquello que lo rodea es el MEDIO o ALREDEDORES. Un sistema puede ser una galaxia, una determinada cantidad de materia o un cierto volumen en el espacio  que se desea estudiar.  Es una región encerrada por una frontera específica que puede ser imaginaria fija o móvil. Por ejemplo, desde el punto de vista humano, la sociedad es un sistema, formado por materia viva que son los individuos, y por otro tipo de materia como los bienes de producción y de consumo. Por estar formado de Materia, Energía y conciencia. El ser humano es en sí mismo un sistema en continuo movimiento y en continua interacción con otros sistemas con los que intercambia materia y energía, su manera de interacción individual con el entorno define las características del SISTEMA SOCIAL al que pertenece.

Con estos ejemplos sencillos se ilustra el alcance de la termodinámica como ciencia y la importancia del concepto de sistema, que permite ubicarse en porciones pequeñas, ir aumentando sus límites hasta conformar un sistema complejo constituido de varios sistemas. La termodinámica estudia específicamente, la forma de intercambio de energía entre un sistema y sus alrededores. Por la forma de interacción con los alrededores los sistemas pueden ser:

SISTEMA ABIERTO:  

Es aquel que intercambia tanto materia como energía  con los alrededores como un vehículo de combustión interna, un calentador de agua, una bomba hidráulica.

SISTEMA CERRADO:

         Es aquel en el que no existe intercambio de materia con los alrededores (la  materia no atraviesa sus fronteras). Pero si hay  intercambio de energía, como una lámpara, una resistencia, una plancha.

Desde el punto de vista físico, el sistema se clasifica en:

HOMOGÉNEO:   Cuando está formado por una sola fase.

HETEROGÉNEO: Cuando está formado por más de una fase.

FASE: 

Es una porción homogénea del sistema físicamente distinta, separada de otras partes del sistema por límites definidos.

El hielo, el agua líquida y el vapor de agua pueden coexistir en equilibrio formando un sistema de un componente y tres fases, los límites entre cada fase están bien definidos, el sólido flota sobre el líquido y el vapor permanece sobre estos. En  algunos casos las diferentes fases de un sistema pueden ser mecánicamente separables y en otros no son tan fácilmente observables ya que hay que recurrir a  técnicas de microscopía para definirlas y diferenciarlas, en este último caso podrá observarse que un sólido no siempre es homogéneo aunque macroscópicamente lo parezca.

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