Leyes de la termodinámica

Repaso de Termodinámica
Las tres leyes de la termodinámica.
Los potenciales termodinámicos y las relaciones de Maxwell.

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Descripción macroscópica de sistemas termodinámicos
Un sistema termodinámico es cualquier cantidad de materia o radiación lo
suficientemente grande como para ser descrito por parámetros macroscópicos, sin
ninguna referencia a sus componentes individuales(microscópicos).
Para una descripción completa del sistema también se necesita un descripción del
contorno (los límites), y de las interacciones que este permite con el entorno. Los
contornos pueden permitir el paso de materia y energía.
Sistema aislado: no intercambia energía ni masa con su entorno.
Sistema cerrado: sólo puede intercambiar energía.
Sistema abierto: puede intercambiar materia yenergía.
Sistema móvil / rígido: las paredes permiten (o no) transferir energía en forma de
trabajo mecánico.
Sistema diatérmico: transferencia de calor sin trabajo.
Sistema adiabático: no hay transferencia de calor por las paredes.
Sistemas en contacto térmico, permeables, en contacto difusivo, etc
Parámetros termodinámicos: variables termodinámicas que describen el
macroestado del sistema.
Losmacroestados se pueden describir en términos de un pequeño número de
variables de estado. (Ej: macroestado de un gas: masa, presión y volumen lo
describen totalmente)

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Variables intensivas: independientes de la masa (ej: temperatura)
Variables extensivas: proporcionales a la masa (ej: energía interna)
Cantidades específicas: expresadas por unidad de masa.
Cantidades molares: expresadaspor mol.
(EJ: Capacidad calorífica específica y molar)
Un sistema está en equilibrio termodinámico cuando sus variables de estado son
constantes a escala macroscópica.
No se requiere que los parámetros termodinámicos sean estrictamente
independientes del tiempo.
Los parámetros termodinámicos son promedios macroscópicos del movimiento
microscópico, por tanto habrá fluctuaciones. El valorrelativo de estas fluctuaciones
es casi despreciable en sistemas macroscópicos, excepto cerca de las transiciones
de fase.
Sistema homogéneo: los parámetros intensivos son los mismos en todo el sistema.
Sistema inhomogéneo: uno o mas de los parámetros intensivos presenta variaciones
espaciales.
Un sistema inhomogéneo puede estar formado por distintas fases, separadas por
contornos de fase, deforma que cada fase sea homogénea. (EJ: En el punto triple del
agua coexisten hielo, agua y vapor de agua.)
Los contornos pueden ser arbitrarios, pero la termodinámica sigue siendo válida.
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Ecuación de estado: es una relación funcional entre los parámetros de un sistema en
equilibrio.
Un estado de un sistema descrito por los parámetros p,V y T tendrá una ecuación de
estado f[p,V,T]=0,y por tanto reduce en uno el número de variables independientes.
Esta ecuación describe una superficie, la superficie de equilibrio.
Un estado de equilibrio puede ser representado por un punto en esta superficie. Un punto
fuera de ella es un estado de no-equilibrio.
Diagrama de estado: una proyección de una curva en la superficie de estado. (ej:
diagrama P-V)

Superficie de equilibrio paraun
gas ideal con número fijo de
partículas.

U

3
2

pV

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Leyes de la Termodinámica
Ley Cero (o principio cero) de la Termodinámica
Si dos sistemas están por separado en equilibrio con un tercero, entonces también deben
estar en equilibrio entre ellos.
Si tres o mas sistemas están en contacto térmico y todos juntos en equilibrio, entonces
cualquier par está en equilibrio porseparado.
El concepto de temperatura se basa en este principio cero.

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Primera Ley de la Termodinámica
Es una adapación para la termodinámica de la ley de conservación de la energía.
Se define la energía interna del sistema, E, como su energía respecto del SR del centro de masa.
El trabajo necesario para cambiar el estado de un sistema aislado depende unicamente de los estados...