Cuestionario Termo1

La termodin´mica en preguntas
a
A. L. Salas-Brito
14 de febrero de 2011

Cap´
ıtulo 1

Sobre la termodin´mica y
a
sus leyes
1.1.

¿Qu´ es la termodin´mica?
e
a

Dicho sucintamente la termodin´mica se ocupa de aquellas propiedades de
a
los cuerpos o sistemas ligadas con la temperatura, con la energ´ con el calor,
ıa,
o con todo cambio que involucre a estos conceptos. Debemosdecir que la termodin´mica se refiere exclusivamente a sistemas macrosc´picos (muy “grandes”)
a
o
que est´n compuestos por muchos ´tomos. Se le puede aplicar desde a una
e
a
galaxia hasta a una c´lula, pasando, desde luego, por un aeroplano, una cene
tral el´ctrica nuclear, un hornillo de cocina, una reacci´n qu´
e
o
ımica, un motor de
combusti´n interna, o al estudio de los paradigmasactuales de la computaci´n.
o
o
De esta universalidad de sus conceptos se deriva su enorme importancia, sobre
todo para la tecnolog´
ıa—en la cu´l se pueden encontrar sus or´
a
ıgenes.

1.1.1.

¿A qu´ no es aplicable la termodin´mica?
e
a

Hay que tomar en cuenta, sin embargo, que las ideas termodin´micas no se
a
pueden aplicar a sistemas microsc´picos (esto es, a sistemas“peque˜os”, con
o
n
muy pocos ´tomos, i.e. entre uno y, digamos, 1012 (¡un mill´n de millones!) de
a
o
´stos). Para fijar ideas, recordemos que un mol1 de cualquier substancia tiene
e
∼ 6 × 1023 ´tomos2 y, si pensamos en un mol de plata, ello equivale a ∼ 0,012
a
kilogramos; entonces 1012 ´tomos pesan ∼ 2 × 10−14 kg (dos cienbillon´simas de
a
e
kilogramo), que es una cantidad realmente min´scula.Una moraleja del ejemplo
u
es, los ´tomos son efectivamente muy peque˜os, pero, individualmente o en
a
n
peque˜as cantidades, no son motivo de inter´s para la termodin´mica.
n
e
a
1 Un mol es la cantidad de materia que contenga tantas entidades elementales, como ´tomos
a
haya en 0.012 kilogramos de carbono 12.
2 Uso a ∼ b para indicar que a y b son del mismo oden de magnitud (p. ej.15,8 ∼ 32,1,
ambos son ∼ 10). Por otra parte, a b indica que sus valores, adem´s de ser del mismo orden
a
de magnitud, son similares (p. ej. 5,6 6,1).

1

A pesar de esta peque˜a disgresi´n sobre los ´tomos y la estructura de la man
o
a
teria, debo aclarar que la termodin´mica no requiere de suponer la existencia de
a
a
´tomos o de mol´culas. La termodin´mica cl´sica es v´lidaindependientemente
e
a
a
a
de ´sto.
e

1.1.2.

¿Qu´ es un sistema, qu´ es su frontera, y qu´ son
e
e
e
sus alrededores

Llamaremos sistema a la parte del universo que nos interesa analizar. El resto
del universo, lo que no pertenece al sistema, corresponder´ a sus alrededores. A
a
la superficie que separa al sistema de sus alrededores, le llamamos la frontera
del sistema. Si lafrontera corresponda a una superficie real, se habla de una
pared. Not´n que todos los alrededores de un sistema, o a´n una parte de ellos,
e
u
pueden, sin problema, ser considerados como un sistema diferente. Entonces,
cuando hablemos de dos sistemas, podr´
ıamos igualmente interpretarlo como
una referencia a un sistema y a sus alrededores.

1.1.3.

¿Qu´ propiedades caracterizan a un sistema?e

Las propiedades de un sistema se usan para describir su estado; por ello,
en ocasiones, se les llama sus variables de estado termodin´micas. Esto nos
a
indica que el estado de un sistema se caracteriza por los valores que toman las
propiedades del sistema. En el caso de un gas, las propiedades b´sicas son: la
a
presi´n, el volumen y la temperatura.
o

1.1.4.

¿Qu´ son lasvariables de estado?
e

La variables de estado describen propiedades macrosc´picas que caracterizan
o
a un sistema y dependen de la naturaleza de ´ste; pueden ser la masa, la come
posici´n qu´
o
ımica, la magnetizaci´n, el volumen, la electrizaci´n, la temperatura,
o
o
etc´tera. Para los gases, compuestos de una s´la substancia y que no reaccioe
o
nan qu´
ımicamente, que usaremos para...