Sistemas Termodinamicos

Tijuana, B.C a 25-abril-2012
Sistemas Termodinámicos.
Un sistema termodinámico es una región del universo elegida para el estudio o análisis termodinámico. La región del universo exterior del sistema con la que puede intercambiar energía, calor o trabajo es llamada ambiente, alrededores o entorno. La frontera (pared) de un sistema es el límite que señala la superficie de contacto que compartenel sistema y el ambiente. Se supone idealmente que la frontera tiene un grosor cero por lo que no contiene ni masa ni ocupa ningún volumen en el espacio. La frontera o límite de un sistema puede estar fijo o se puede mover.
Un sistema termodinámico puede ser un balón lleno de gas, un matraz con reactivos químicos o una locomotora de vapor o los pistones y cilindros de la máquina.
Dependiendosi materia o la energía puede o no pueden abandonar o acceder al sistema, los sistemas termodinámicos pueden ser considerados:

Abiertos: pueden intercambiar materia y energía con el ambiente exterior.
Un ejemplo de sistema abierto lo constituye un calentador de agua que tiene un orificio de entrada y otro de salida para el agua. Cualquier organismo vivo constituye un claro ejemplo de sistemaabierto, intercambia materia y energía (nutrientes y desechos) con su entorno.
Cerrados: es aquel en el la materia no puede salir o entrar en el sistema, pero la energía (en forma de calor o trabajo) puede cruzar la frontera del sistema y salir o entrar en él. Esto es pueden intercambiar materia y energía con el ambiente exterior.
Un ejemplo de sistema cerrado lo constituye un gas encerradopor un pistón en un cilindro que es calentado por una fuente externa de calor. El gas constituye nuestro sistema, las superficies internas del pistón y del cilindro forman la frontera límite del mismo. Debido a que la masa del gas no puede cruzar este límite, el sistema es cerrado. La energía no obstante puede cruzar el límite y además parte del límite (en este caso la superficie interna delpintón) puede moverse. Todo lo que rodea al gas es el ambiente o entorno del sistema.
Aislados: Cuando la energía no puede cruzar tampoco el límite del sistema. No intercambian materia y energía con el exterior. Un ejemplo de sistema cerrado lo constituye un recipiente cerrado que se encuentra térmicamente, mecánicamente y eléctricamente aislado de su entorno.
Trabajo Termodinámico.
Los sistemas seconsideran desde el exterior, por lo tanto el trabajo está asociado a las fuerzas exteriores. El trabajo tiene dimensiones de energía y representa un intercambio de energía entre el sistema y su entorno.
Dependiendo del origen físico de las fuerzas aplicadas al sistema se distinguen diferentes formas de trabajo: trabajo mecánico, eléctrico, etc.
El trabajo mecánico se da cuando una fuerza queactúa sobre el sistema hace que éste se mueva una cierta distancia. Este trabajo se define por W = ò Fdl, donde F es la componente de la fuerza externa que actúa en la dirección del desplazamiento dl. En forma diferencial esta ecuación se escribe: dW = Fdl.
La convención de signos usada en este curso es la que establece que el valor de W es positivo cuando el trabajo se realiza sobre el sistema ynegativo cuando es el sistema el que actúa sobre el entorno. Aunque hay que aclarar que es un convenio arbitrario y que podría ser el contrario, es decir cambiar los signos con respecto al convenio usado.

Formulas Termodinámicas.
CALOR ESPECÍFICO | c =ΔQ/mΔt | Q=Calor ; m=masa ; T=temperatura |
CAPACIDAD CALÓRICA | C=m.c=ΔQ/Δt | Q=Calor ; m=masa ; T=temperatura |
ECUACIÓN GASES IDEALES| pV=nRT  [R=8,341 J/Kmol=2 cal/Kmol] | p=presión; V=volumen; n=nº de moles; T=temperatura abs. R=constante gases ideales |
PRESIÓN GAS | p=F/S ; usando la teoría cinética: p=1/2 ρ.c2 | F=fuerza; S=superficie; ρ=densidad; c2=cuadrado de la veloc. molecular cuadrática media |
ENERGÍA CINÉTICA MOLECULAR MEDIA | (para un gas ideal) Ec=3/2kT  [k=1,38x10-23 J/K] | k=cte. de Bolzmann (cte. de...