Termodinamica

TERMODINÁMICA
La termodinámica es la ciencia que estudia la relación entre un sistema y su entorno, la cual permite transformar la materia y obtener nuevos productos necesarios para la vida del ser humano. Aplicar los fundamentos de esta ciencia es comprender cómo cambia el estado de la materia para dar paso a la evolución en el tiempo, es entender cómo el contenido energético de la materia esposible extraerlo para utilizarlo con una finalidad.

Comprender la termodinámica es definir los sistemas y sus alrededores, es analizar las interacciones entre sistema-alrededor, es identificar los estados energéticos mediante la evaluación de propiedades y la aceptación de la existencia de leyes de comportamientos que se convierte en las reglas de juego para cualquier transformación que sedesee implementar. Se podría convertir a la termodinámica como la ciencia paradigmática para entender el comportamiento de la naturaleza.

SISTEMAS TERMODINÁMICOS
El sistema es una colección de materia o región en el espacio sobre el cual se enfoca la atención para su estudio y análisis. Se define alrededores como aquella porción de materia o región del espacio que reside fuera del sistemaseleccionado. La superficie que separa el sistema de sus alrededores se denomina frontera del sistema y a través de ésta es que se realiza la transferencia de calor, trabajo y materia. También, los flujos de materia o corrientes pueden cruzar sus límites o fronteras.

Un sistema aislado es aquel donde no hay ninguna influencia del exterior (la transferencia de trabajo y calor es cero). El sistema en elcual no hay flujo de masa a través de las fronteras se llama sistema cerrado o masa de control (MC), en tanto que el sistema en el cual hay masa que atraviesa las fronteras, se llama sistema abierto o volumen de control (VC). En ambos sistemas, la energía puede transferirse a través de las fronteras en forma de calor y/o trabajo.

I. Prigogine et al. Escribió en su libro “Modern Thermodynamic”:“La descripción termodinámica de los procesos de la naturaleza usualmente comienza dividiendo el mundo en un sistema y su exterior (ambiente), el cual es el resto del mundo”. De esta manera, un sistema es una parte del mundo en el cual está encerrado por sus fronteras para separarlo de su exterior.

Es muy difícil definir el ancho de las fronteras del sistema y saber si las fronteras tienentambién las mismas propiedades del sistema o del ambiente que rodea el sistema. Por lo tanto, se tomará al límite del sistema como una separación virtual entre ambas partes, el cual no interfiere en el análisis.

A manera de resumen se identifican tres tipos de sistemas:

• Sistemas Aislados.

Los cuales no pueden intercambiar ni energía ni materia con el entorno. Sin embargo, cada parte deésta clase de sistema se constituye en un subsistema rodeado por las partes restantes y por lo tanto, se darán los intercambios de materia y energía para que cuando el sistema alcance el equilibrio, todas las partes del sistema serán indistinguibles. Es difícil hallar un ejemplo de un sistema aislado, pero se podría mencionar el universo único como el gran ejemplo de un verdadero sistema aislado. Otroejemplo, corresponde a un termo con paredes bien aisladas usado para conservar sustancias calientes o frías.

• Sistemas Cerrados.

Los cuales intercambian energía con su exterior pero no-materia. Los principales ejemplos de sistemas de esta naturaleza corresponden al caso de cilindro–pistón, tanque cerrado con agua u otra especie, una olla a presión antes de que la presión supere laestablecida con la válvula de alivio.

• Sistemas Abiertos.
Los cuales intercambian energía y materia con el exterior. La gran mayoría de los ejemplos en la naturaleza corresponden a sistemas abiertos: seres vivos, una caldera para producir vapor, un horno, un olla presión después de que la válvula de alivio se halla abierto para liberar presión, un intercambiador de calor, etc. Los...