Introduccion a la termodinamica

UNIDAD I

Introducción a la Termodinámica

El estudio de la termodinámica abarca muchas áreas de la ingeniería, que van desde el análisis de plantas de energía motriz hasta el de celdas eléctricas de combustible. El poder de la termodinámica radica en la capacidad de analizar, mediante el empleo de cuatro principios: la ley cero, primera ley, segunda ley y la tercera ley. Estos principiosconstituyen la base de todo análisis termodinámico.

La Ley cero de la termodinámica establece que el equilibrio térmico es una propiedad transitiva. La Primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma y se conserva.
La Segunda ley de la termodinámica afirma que la energía tiene calidad así como cantidad, y los procesos reales ocurren haciadonde disminuye la calidad de la energía. La Tercera ley de la termodinámica permite el cálculo de la entropía absoluta.

Fundadores de la termodinámica:
• Antoine Laurent Lavoiser (1743-1794). (Análisis del proceso de la combustión)
• Nicolas Leonard Sadi Carnot (1796-1832). (Reflexiones acerca de la Fuerza Motriz del Fuego)
• Rudolf J. Clausius (1822-1888). (Entropía)
NOCIONES DETERMODINÁMICA
La termodinámica es una rama de la física que estudia los fenómenos relacionados con el calor. Se ocupa de las propiedades macroscópicas de la materia, especialmente las que son afectadas por el calor y la temperatura, así como de la transformación de unas formas de energía en otras.
Estudia los intercambios de energía térmica entre sistemas y los fenómenos mecánicos y químicosque implican tales intercambios. En particular, estudia los fenómenos en los que existe transformación de energía mecánica en térmica o viceversa.
Estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento.
Las Leyes Termodinámicas pueden expresarse de la siguiente manera:
Ley Cero de la Termodinámica
A esta ley se le llama de "equilibrio térmico". El equilibrio térmico debeentenderse como el estado en el cual los sistemas equilibrados tienen la misma temperatura.
Esta ley dice "Si dos sistemas A y B están a la misma temperatura, y B está a la misma temperatura que un tercer sistema C, entonces A y C están a la misma temperatura". Este concepto fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahíque recibe la posición cero.
Un ejemplo de la aplicación de esta ley lo tenemos en los conocidos termómetros.
Primera Ley de la Termodinámica
Esta primera ley, y la más importante de todas, también conocida como principio de conservación de la energía, dice: "La energía no puede ser creada ni destruida, sólo puede transformarse de un tipo de energía en otro".
Segunda Ley de la Termodinámica
Lasegunda ley dice que "solamente se puede realizar un trabajo mediante el paso del calor de un cuerpo con mayor temperatura a uno que tiene menor temperatura". Al respecto, siempre se observa que el calor pasa espontáneamente de los cuerpos calientes a los fríos hasta quedar a la misma temperatura.
La segunda ley de la termodinámica da, además, una definición precisa de una propiedad llamadaentropía (fracción de energía de un sistema que no es posible convertir en trabajo).
Para entenderla, la entropía puede considerarse como una medida de lo próximo o no que se halla un sistema al equilibrio; también puede considerarse como una medida del desorden (espacial y térmico) del sistema.
Pues bien, esta segunda ley afirma que "la entropía, o sea, el desorden, de un sistema aislado nuncapuede decrecer. Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una configuración de máxima entropía, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio".
Tercera Ley de la Termodinámica
El tercer principio de la termodinámica afirma que "el cero absoluto no puede alcanzarse por ningún procedimiento que conste de un número finito de pasos. Es posible acercarse indefinidamente al cero...