Termodinamica

Termodinámica es el estudio de las transformaciones e intercambios de la energía.

Todas las formas de energía tienden en última instancia a pasar a calor. Ejemplos:

Energía química a calor, en una reacción química (más adelante veremos que esto no es tan general).

Energía eléctrica a Calor, cuando actúa a través de una resistencia, etc. De todos modos ya usted conoce un hecho general quevale la pena recalcarlo y que en termodinámica toma la forma de una ley: la energía se conserva.

Precisamente la Ley de conservación de la Energía es la primera ley de la termodinámica que la podemos enunciar de la siguiente manera: “si bien la energía se puede convertir de una forma en otra no puede ser creada ni destruida” o también “siempre que se produce una cantidad de una forma deenergía debe desaparecer una cantidad exactamente equivalente de otras especies de energía”. Para la resolución de ejercicios debe recordar el Equivalente Mecánico del Calor:

1 caloría (energía calórica) = 4,183 Joules (E. mecánica)
Sistemas termodinámicos

Sistema es la porción delimitada y especificada del mundo físico, que contiene cantidades definidas de sustancia que se consideran bajo estudioo constituyen nuestro interés.

Necesitamos además definir entorno o medio ambiente el cual es la zona del universo que interactúa con el sistema. Esta última definición tiene su importancia ya que determina con una mayor rigurosidad lo que se debe entender por Entorno o Medio ambiente.

Saber cuál es la “zona (y sus límites) que interactúa” con el Sistema no siempre se pueden conocer enforma precisa, por ello en los esquemas que se observan más abajo, el Entorno se dibuja con líneas discontinuas.+

Sistema entorno

Gráfico número 1

El entorno es la zona del universo que interactúa con el sistema.

SISTEMA + ENTORNO (O MEDIO AMBIENTE) = UNIVERSO
Tipos de sistema

Aislado: no hay transferencia de masa o energía con el entorno.

Ej. : Un termo ideal (aislado y de paredesrígidas).

Cerrado: no transfiere masa pero sí energía en forma de calor, trabajo o radiación.

Ej. : Cualquier recipiente cerrado no ideal.

Abierto: transfiere masa y energía con su entorno.

Ej. : El cuerpo humano.

La mayoría de los sistemas en la vida real son abiertos, mientras que en el laboratorio la mayoría de los sistemas químicos son cerrados.
Primera ley o primer principiode la termodinámica

La Ley de Conservación de la Energía -que es una de las formas de expresión de la Primera Ley (o Primer Principio) de la Termodinámica-, se puede visualizar en una forma muy sencilla con los conceptos de energía acumulada y energía intercambiada o en proceso de intercambio o también energía en tránsito. ¿Qué significan cada una de estas expresiones? Veamos lo siguiente:

Setiene un Sistema y su Entorno donde cada uno tendrá una cierta cantidad de energía (que no podemos conocer). A nosotros nos interesan sólo los cambios de energía que se produzcan en el sistema (no en el entorno o medio ambiente aun cuando este juega un papel fundamental para ello).

Obviamente Es (Energía del Sistema) puede ser mayor, menor o igual que Ema (Energía del Medio Ambiente)dependiendo ello de cada situación en particular, pero en determinado m om ento se producirá un “intercambio de energía, ∆EI” el cual se realizará por medio de calor y trabajo o por uno de ellos.

Graficamos esta situación de la siguiente forma:

Primera ley termodinamica

Gráfico número 2

Luego de acuerdo al proceso que hemos visto el sistema puede haber ganado o perdido Energía, con lo cual elbalance final sería:

Es final – Es inicial = ∑EI

o lo que es lo mismo

∆Es = ∑EI

Esta sencilla ecuación nos indica que la variación de Energía del Sistema (nuestro objetivo al analizar la primera ley) es igual a la suma algebraica de las energías intercambiadas o en proceso de intercambio, siendo la energía acumulada aquella que no participa en estos procesos.

Por otra parte si...