Termodinamica

Introducción

La termodinámica es fundamentalmente una ciencia fenomenológica, es decir, una ciencia macroscópica basada en leyes generales inferidas del experimento, independientemente de cualquier “modelo” microscópico de la materia. Su objetivo es, a partir de unos cuantos postulados (leyes de la termodinámica), obtener relaciones entre propiedades macroscópicas de la materia, cuando ésta sesomete a toda un variedad de procesos.

Debe tenerse presente que las predicciones teóricas de las magnitudes de estas propiedades están fuera del campo de la termodinámica.

En si, la termodinámica (del griego, termo, que significa "calor" y dinámico, que significa "fuerza") se ocupa de la transformación de la energía térmica en energía mecánica y del proceso inverso, la conversión detrabajo en calor.

Conceptos básicos

Sistema termodinámico

Un sistema termodinámico está constituido por cierta cantidad de materia o radiación en una región del espacio que nosotros consideramos para su estudio.

Alrededores

La parte del universo que no se va a estudiar, pero que puede interaccionar con el sistema.

Paredes

La pared es una separación real o imaginaria entre elsistema y los alrededores.

El tipo de pared determina que tipo de interacción se puede producir entre el sistema y los alrededores. Así las paredes pueden ser:

• Móvil o rígida, lo que permitirá o no un cambio de volumen del sistema,
• Permeable, impermeable o semipermeable, lo que permitirá o no el intercambio de materia entre el sistema y los alrededores.
• Adiabática ; no permiteinteracción térmica del sistema con sus alrededores
• Diatérmica; es buena conductora de calor, permite el intercambio de calor entre el sistema y sus alrededores y viceversa.
Así, los sistemas termodinámicos que podemos estudiar, se pueden clasificar en:

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• Cerrados: son aquellos que pueden intercambiar energía, aunque no materia, con los alrededores.
• Abiertos: aquellos que puedenintercambiar materia y energía.
• Aislados: que no pueden intercambiar ni materia ni energía.

Para describir un sistema termodinámico debemos conocer los valores de una serie de propiedades observables macroscópicamente, llamadas variables, propiedades o funciones termodinámicas, por ejemplo, presión (P), temperatura (T), densidad (ρ), volumen (V), etc. No todas las variables termodinámicas sonindependientes, ya que una vez definidas algunas de ellas las otras pueden obtenerse en función de estas, mediante una ecuación de estado.
Las variables termodinámicas pueden clasificarse en:
• Extensivas: que dependen de la cantidad de materia, ej. el volumen.
• Intensivas: que son independientes de la cantidad de materia, ej. P, T, densidad.
Así surge otra clasificación para un sistematermodinámico, los sistemas pueden ser a su vez:

• Homogéneos: las propiedades termodinámicas tiene los mismos valores en todos los puntos del sistema. El sistema está constituido por una sola fase.
• Heterogéneos: las propiedades termodinámicas no son las mismas en todos los puntos del sistema. El sistema está constituidos por varias fases, separadas entre sí por una "frontera" llamada interfase.3

El estado de un sistema queda definido cuando todas las variables termodinámicas tienen valores fijos. Por lo tanto, las variables termodinámicas son funciones de estado y mientras su valor no cambie el estado del sistema tampoco, ahora bien cuando una variable cambia el estado del sistema también cambia. El cambio sufrido por el sistema debido a un proceso termodinámico quedadefinido sólo cuando se indica;
• El estado inicial del sistema.
• El estado final del sistema.
• La trayectoria o camino seguido en el proceso.
Muy importante es indicar que las variables termodinámicas solo están definidas cuando el sistema está en equilibrio termodinámico.
Equilibrio termodinámico
Es cuando se den simultáneamente tres condiciones
• Equilibrio térmico (que la...