Conceptos Básicos de La Termodinámica

Introducción La palabra termodinámica proviene de los vocablos griegos thermos (calor) y dynamis (potencia), que describe los primeros esfuerzos por convertir el calor en potencia. Hoy día el mismo concepto abarca todos los aspectos de la energía y sus transformaciones, incluidas la producción de potencia, la refrigeración y las relaciones entre las propiedades de la materia. La termodinámica estudia la energía, la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo. Está íntimamente relacionada con la mecánica estadistica de la cual se pueden derivar numerosas relaciones termodinámicas estudiando los sistemas físicos a nivel macroscópico. Aspectos Generales

Estados de un sistema Sistema: Es lo que se desea estudiar, es una parte específica del universo. Entorno: Es todo lo que rodea al sistema material. Limite: Separación del sistema, real o imaginaria, con su entorno. Universo: Es el sistema mas el entorno.

Sistema Se denomina sistema termodinámico o simplemente sistema a toda aquella cantidad de materia o aquella región en el espacio elegida para su estudio limitada por una superficie llamada frontera, abstracta o real (también conocidas como fija o móvil respectivamente). Cuando la frontera que limita el sistema es real, se conoce como pared. Observe que la frontera es la superficie de contacto compartida tanto por el sistema como por los alrededores, medio ambiente o vecindad, es decir, todo aquello que queda fuera del sistema. Así, el sistema más su entorno se denomina universo. Cada sistema puede ser, a su vez, subsistema de otro mayor, o, también, estar él mismo dividido en subsistemas.   Un sistema queda especificado cuando se conoce su naturaleza fisicoquímica, las propiedades de las paredes que separan los diferentes subsistemas y la pared que separa todo el sistema del entorno. Si la composición química y las propiedades físicas locales (entendidas como propiedades intensivas macroscópicas) de un sistema son iguales en todos los puntos del mismo, el sistema es homogéneo y se dice entonces que consta de una sola fase. Cuando el sistema está compuesto de varios subsistemas homogéneos o fases, se dice que es heterogéneo. 1.3

Finalmente, un sistema puede interactuar o no con su entorno Finalmente, un sistema puede interactuar o no con su entorno. Las interacciones entre diferentes sistemas termodinámicos, que se denominan contactos termodinámicos, están condicionadas tanto por la naturaleza de los sistemas como por el tipo de paredes separadoras. Cuando no existe ningún contacto termodinámico entre el sistema y el entorno, se dice que el sistema es aislado, en este caso, no puede intercambiar ni masa ni energía con el entorno.   Por ejemplo: Considérese un dispositivo conformado por un émbolo y un cilindro. Supongamos que nos interesa saber qué le sucede al gas encerrado cuando se calienta. Puesto que centramos nuestra atención en el gas, éste es nuestro sistema, las superficies interiores del émbolo y el cilindro forman la frontera (la superficie interna del émbolo, en este caso) puede moverse. Todo lo que queda fuera del gas, incluso el émbolo y el cilindro, constituyen los alrededores.

Sistema Cerrado, Abierto y Aislado. A grandes rasgos los sistemas cerrados son aquellos que pueden intercambiar energía, aunque no materia, con los alrededores. Los sistemas abiertos son aquellos que pueden intercambiar materia y energía, y finalmente se conocen como sistemas aislados a todo sistema que incapaz de poder intercambiar materia o energía.

Por ejemplo: Un clásico sistema abierto, se considera al calentador de agua, pues se requiere determinar cuánto calor se debe transferir al agua que está en el tanque para suministrar un flujo permanente de agua caliente. Puesto que saldrá agua caliente del tanque y será sustituida por agua fría, no conviene elegir una masa fija como sistema para el análisis. En su lugar, es posible concentrarse en el volumen formado por las superficies interiores del tanque y considerar los flujos de agua caliente y fría como la masa que sale y entra al volumen control. En este caso la superficie interior del tanque forma la superficie de control, y la masa cruza la superficie de control en dos posiciones. 1.3

Alrededores, Vecindad o Medio ambiente La parte del sistema que interacciona con el sistema se le conoce como alrededor. Las interacciones entre el sistema con sus alrededores esta caracterizada por los intercambios de energía y masa, en sus diversas formas, la energía puede intercambiarse por medios mecánicos o no mecánicos, esto es por procesos de calentamiento o enfriamiento 1.3

Frontera Es aquella superficie real o imaginaria que separa al sistema de sus alrededores se le conoce como frontera. La frontera de un sistema es fija o móvil; la frontera es la superficie de contacto compartida tanto por el sistema como sus alrededores. Se puede llegar a clasificar en tres tipos   Rígida o móvil Permeable e Impermeable Real o Imaginaria