Termodinámica

Conceptos fundamentales de la termodinámica.

La termodinámica puede definirse como el tema de la Física que estudia los procesos en los que se transfiere energía como calor y como trabajo.
Sabemos que se efectúa trabajo cuando la energía se transfiere de un cuerpo a otro por medios mecánicos. El calor es una transferencia de energía de un cuerpo a un segundo cuerpo que está a menortemperatura. O sea, el calor es muy semejante al trabajo.
El calor se define como una transferencia de energía debida a una diferencia de temperatura, mientras que el trabajo es una transferencia de energía que no se debe a una diferencia de temperatura.
Al hablar de termodinámica, con frecuencia se usa el término "sistema". Por sistema se entiende un objeto o conjunto de objetos que deseamos considerar.El resto, lo demás en el Universo, que no pertenece al sistema, se conoce como su "ambiente". Se consideran varios tipos de sistemas. En un sistema cerrado no entra ni sale masa, contrariamente a los sistemas abiertos donde sí puede entrar o salir masa. Un sistema cerrado es aislado si no pasa energía en cualquiera de sus formas por sus fronteras.
El desarrollo de esta ciencia empezó en el sigloXVIII a partir de los conocimientos empíricos debido a la necesidad del hombre de crear máquinas donde a través de la energía calorífica se produjera un trabajo mecánico, como son las máquinas de vapor.
Conceptos fundamentales:
Sistema termodinámico:
Es cualquier conjunto de objetos que conviene considerar como unidad y que podría intercambiar energía con su entorno.
Proceso termodinámico:Se presenta cuando la intervención del calor produce un cambio en el estado de un sistema termodinámico.
Energía interna:
La suma de las energías cinéticas las partículas constituyentes, y las energías potenciales de interacción entre ellas.
Máquina térmica:
Dispositivo que convierte energía calorífica a energía mecánica o viceversa.
Bombas de calor:
Dispositivos que utilizan energíao trabajo mecánico para transferir calor de una fuente con temperatura interior a una temperatura más elevada.

Primera ley de la termodinámica.
También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica (en realidad el primer principio dice más que una ley de conservación), establece que “Si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro,la energía interna del sistema cambiará” . Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna.
Esta ley se expresa como:
Eint = Q - W
Cambio en la energía interna en el sistema = Calor agregado (Q) - Trabajo efectuado por el sistema (W)
Notar que el signo menos en ellado derecho de la ecuación se debe justamente a que W se define como el trabajo efectuado por el sistema.
Para entender esta ley, es útil imaginar un gas encerrado en un cilindro, una de cuyas tapas es un émbolo móvil y que mediante un mechero podemos agregarle calor. El cambio en la energía interna del gas estará dado por la diferencia entre el calor agregado y el trabajo que el gas hace allevantar el émbolo contra la presión atmosférica.
Segunda ley de la termodinámica.
La primera ley nos dice que la energía se conserva. Sin embargo, podemos imaginar muchos procesos en que se conserve la energía, pero que realmente no ocurren en la naturaleza. Si se acerca un objeto caliente a uno frío, el calor pasa del caliente al frío y nunca al revés. Si pensamos que puede ser al revés, seseguiría conservando la energía y se cumpliría la primera ley.
En la naturaleza hay procesos que suceden, pero cuyos procesos inversos no. Para explicar esta falta de reversibilidad se formuló la segunda ley de la termodinamica, que tiene dos enunciados equivalentes:
Enunciado de Kelvin - Planck : Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la...