Exposicion de termodinamica

Sistemas termodinámicos simples. Trabajo termodinámico
3.1 Trabajo
Sobre nuestros sistemas termodinámicos puede actuar una fuerza determinada7 que provoque un desplazamiento. En este caso se realizará un trabajo que vendrá dado por:

El símbolo implica que esta no es una diferencial exacta, sinó que depende del camino realizado para ir del estado inicial al final. Por este motivo laintegral no nos da el valor sinó el trabajo neto intercambiado.
Nos interesa, pues, expresar ese trabajo en función de las variables de estado que nos determinan el estado del sistema. Llamaremos trabajo externo al trabajo realizado por la resultante de todas las fuerzas que el medio ejerce sobre el sistema y trabajo interno al trabajo realizado por las fuerzas ejercidas entre diversas partes delsistema. Es el trabajo externo el que nos interesa estudiar, pues nos dará información acerca del intercambio de energía a través de la frontera del sistema.
Por tanto tenemos que el trabajo es un intercambio de energía a través de la pared, es decir, no es una energía almacenada por el sistema y por tanto no es una característica del estado del mismo, i.e., no es variable o función de estado.En termodinámica se adopta el mismo criterio de signos que en mecánica (consensuado por la IUPAC en 1970). Si el sistema gana energía se considera que el trabajo es positivo, y si el sistema pierde energía (es decir, la gana el medio) se considera que el trabajo es negativo.
3.2 Diferentes formas de trabajo cuasiestático
3.2.1 Sistema hidrostático o expansivo
En este caso el sistemainteracciona con el medio a través de una pared que sólo permite una variación de volumen. El medio ejercerá una presión uniforme sobre toda la superficie de modo que ésta cambia de forma y tamaño.
Sea la presión ejercida por el medio y la variación infinitesimal de volumen del sistema, en ese caso:



Si el proceso tiene lugar de forma cuasies tática las fuerzas interna y externason casi iguales y podemos considerar que , siendo la presión del sistema, por tanto:



El signo aparece para ser consecuente con el criterio de signos empleado. En este sistema la presión es la variable intensiva y el volumen la variable extensiva, de modo que podemos expresar el trabajo simplemente en las coordenadas .
3.2.2 Trabajo al variar la longitud de un alambreSi tenemos un alambre que por causa de una tracción sufre una elongación (y suponiendo que la temperatura permanezca constante) entonces obtenemos la expresión:

donde es la fuerza de tracción que elonga el alambre y es la longitud que se alargó. Si el proceso tiene lugar de forma cuasiestática la fuerza de tracción y la fuerza que ejerce el sistema hacia el interior son iguales en módulo ypodemos escribir:

En este sistema la fuerza es la variable intensiva y la elongación la variable extensiva, de modo que podemos expresar el trabajo simplemente en las coordenadas . Generalmente se emplea el módulo de Young isotérmico ( ) siendo la sección del hilo a la hora de hacer cálculos con este tipo de sistema.
3.2.3 Trabajo al variar el área de una lámina superficial
Supongamosuna lámina superficial de conteniendo líquido (como por ejemplo una película de jabón) extendida en un armazón con un lado móvil, en ese caso el trabajo infinitesimal es:

donde es la fuerza que tira del lado móvil y la longitud que avanzó. En el caso de un proceso cuasiestático tenemos que donde este último término es la fuerza ejercida por la película de jabón. Como la tensión superficiales con la longitud del lado móvil, entonces:

En este sistema la tensión superficial es la variable intensiva y el área la variable extensiva, de modo que podemos expresar el trabajo simplemente en las coordenadas .
3.2.4 Trabajo eléctrico de una pila
Una pila produce una corriente eléctrica como consecuencia de una reacción química controlada. Se crea una diferencia de potencial que...