Gaskell cap 1

Introducción a la Termodinámica de Materiales – Dra. Stella Ordoñez

CAPÍTULO I

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN Y DEFINICIÓN DE TÉRMINOS

1.1 INTRODUCCIÓN La Termodinámica es la ciencia que estudia todas las transformaciones o conversiones de unas formas de energía en otras. La Termodinámica cubre muchas áreas de la ingeniería, pero el análisis de un amplio tipo de sistemas se lleva a cabousando sólo cuatro principios básicos. Ejemplos de sistemas a estudiar son: • • • • • • Plantas de potencia de vapor de agua. Máquinas de combustión interna. Células de combustión. Plantas de potencia geotérmicas. Plantas de energía solar. Ciclos frigoríficos y bombas de calor.

1.2 CONCEPTOS Y DEFINICIONES Sistema: región restringida, no necesariamente de volumen constante o fija en el espacio, endonde se puede estudiar la transferencia y transmisión de masa y energía. Todo sistema tiene límites que pueden ser reales o imaginarios. Tipos de sistemas: Cerrado: región de masa constante, a través de sus límites sólo se transfiere energía. Se denomina “masa de control”. Abierto: se transfiere masa y energía. Se denomina “volumen de control”. Sus límites deben ser permeables o imaginarios y sellaman “superficie de control”. Aislado: no hay transferencia de materia ni energía con el medio exterior ( por ejemplo el Universo). Tipos de límites de los sistemas: Adiabáticos: no pueden ser atravesados por el calor Diatérmicos: permiten la transferencia de calor. Rígidos: no permiten el cambio de volumen
Universidad de Santiago de Chile – Departamento de Ingeniería Metalúrgica

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CAPÍTULO I

Permeables: permiten el paso de cualquier sustancia. Semipermeables: permiten el paso de determinadas sustancias. Fase: cantidad de materia homogénea en composición química y estructura física. Puede estar compuesta de una sustancia pura o varios componentes. Sistema homogéneo: contiene una fase. Sistemaheterogéneo: consta de dos o más fases. Propiedad: cualquier característica evaluable de un sistema, cuyo valor depende de las condiciones de éste. Las propiedades de un sistema definen su “estado”. Las “propiedades termodinámicas” son aquellas relacionadas con la energía y definen el “estado termodinámico”. Ejemplos: masa, presión, temperatura, volumen, energía interna, entropía, etc. Propiedadesextensivas: dependen de la masa del sistema (volumen, todas las energías)
N

X = ∑ xi
i=1

Propiedades intensivas: son independientes de la masa del sistema (presión, temperatura, viscosidad, altura). Concepto de estado: Si fuera posible conocer masa, velocidad, posición, etc. de cada una de las partículas que componen un sistema, se conoce el estado microscópico y esto determina las propiedades delsistema. Cuando no se tiene un conocimiento tan detallado como el requerido para determinar el estado microscópico del sistema, la Termodinámica considera las propiedades del sistema, las cuales, una vez conocidas determinan el estado macroscópico del sistema. TODAS LAS PROPIEDADES DEL SISTEMA ESTÁN FIJADAS EL ESTADO MACROSCÓPICO

⇒

DEL SISTEMA QUEDA FIJADO

En un sistema existe un grannúmero de propiedades, pero cuando se determinan sólo algunas de ellas, el resto de las propiedades quedan automáticamente fijadas. De hecho, cuando se considera un sistema simple como por ejemplo una cierta cantidad de una sustancia de composición fija, al fijar el valor de dos propiedades se fija el valor de todo el resto. Por lo tanto
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CAPÍTULO I

en un sistema simple tenemos dos propiedades independientes que se llaman “variables independientes”. Si se fija el valor de estas dos propiedades, el valor del resto de las propiedades del sistema quedan fijadas y estas propiedades son las denominadas “variables dependientes”. El estado...