Leyes de la termodinamica

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO
“SANTIGO MARIÑO”
EXTENSION VALENCIA

Leyes de la Termodinámica

Valencia, noviembre de 2009
Introducción
La Termodinámica es el estudio de las propiedades de sistemas de gran escala en equilibrio en
las que la temperatura es una variable importante.
Varios términos que hemos usado aquí: sistemas, equilibrio y temperatura serán definidos rigurosamente
másadelante, pero mientras tanto bastará con su significado habitual.
En la Termodinámica hay dos leyes básicas, y ambas se pueden enunciar de modo de negar la
posibilidad de ciertos procesos.
La Primera Ley establece que es imposible un proceso cíclico en el cual una máquina produzca
trabajo sin que tenga lugar otro efecto externo, es decir niega la posibilidad de lo que se suele
llamar “máquina demovimiento perpetuo de primera especie”.
La Segunda Ley no se puede enunciar de modo tan preciso como la primera sin una discusión
previa. Sin embargo, hecha la salvedad que ciertas definiciones se deben dar todavía, podemos
decir que la Segunda Ley establece que es imposible un proceso cíclico en el cual una máquina
realice trabajo intercambiando calor con una única fuente térmica. Una tal máquina(inexistente)
sería una “máquina de movimiento perpetuo de segunda especie”.
Por ahora ninguna de estas formulaciones tiene una forma útil, y las trataremos en detalle solamente
después de haber presentado las definiciones rigurosas de los conceptos necesarios.
Un problema típico entre aquellos que se tratan en Termodinámica consiste en calcular un conjunto
de propiedades de un sistema a partir deotro conjunto de propiedades, y como consecuencia
de la imposibilidad de los procesos de movimiento perpetuo que acabamos de mencionar.
Muy raramente se resuelven estos problemas mediante el método (directo pero engorroso) de
construir mentalmente hipotéticas máquinas de movimiento perpetuo. En cambio se suelen usar
procedimientos matemáticos abstractos que se obtienen de una vez por todas y luego seutilizan
para resolver los problemas. Estos procedimientos indirectos son muy eficientes, pero no hay
que olvidar que su fundamento reside en las dos leyes básicas.

Termodinámica
Es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas a un nivel microscópico. También podemos decir que la termodinámica nace para explicar los procesos deintercambio de masa y energía térmica entre sistemas térmicos diferentes
Primera ley de la termodinámica
Permítase que un sistema cambie de un estado inicial de equilibrio, a un estado final de equilibrio, en un camino determinado, siendo el calor absorbido por el sistema y el trabajo hecho por el sistema. Después calculamos el valor de. A continuación cambiamos el sistema desde el mismo estadohasta el estado final, pero en esta ocasión por u n camino diferente. Lo hacemos esto una y otra vez, usando diferentes caminos en cada caso. Encontramos que en todos los intentos es la misma. Esto es, aunque y separadamente dependen del camino tomado, no depende, en lo absoluto, de cómo pasamos el sistema del estado al estado, sino solo de los estados inicial y final (de equilibrio).
Del estudiode la mecánica recordará, que cuando un objeto se mueve de un punto inicial a otro final, en un campo gravitacional en ausencia de fricción, el trabajo hecho depende solo de las posiciones de los puntos y no, en absoluto, de la trayectoria por la que el cuerpo se mueve. De esto concluimos que hay una energía potencial, función de las coordenadas espaciales del cuerpo, cuyo valor final menos suvalor inicial, es igual al trabajo hecho al desplazar el cuerpo. Ahora, en la termodinámica, encontramos experimentalmente, que cuando en un sistema ha cambiado su estado al, la cantidad dependen solo de las coordenadas inicial y final y no, en absoluto, del camino tomado entre estos puntos extremos. Concluimos que hay una función de las coordenadas termodinámicas, cuyo valor final, menos su valor...