Termodinamica

TERMODINAMICA

La termodinámica (de las palabras griegas “calor” y “potencia”) se define como la rama de la física que estudia la transformación de la energía y, en particular la transformación de la energía calorífica en otras formas de energía y viceversa.

Para poder comprender esta definición definimos a la energía como la capacidad que posee un cuerpo o un sistema de cuerpos para poderdesarrollar un trabajo. En la termodinámica algunos de los ejemplos de transformación mas estudiados son:
* La transformación de calor en trabajo mecánico mediante una maquina térmica
* La conversión de energía eléctrica en calor por medio de una resistencia
* La transformación de trabajo mecánico para obtener refrigeración.
La Termodinámica se desarrolla a partir de cuatroPrincipios o Leyes:

Principio Cero: permite definir la temperatura como una propiedad.
Primer Principio: define el concepto de energía como magnitud conservativa.
Segundo Principio: define la entropía como medida de la dirección de los procesos.
Tercer Principio: interpretación física de la entropía como orden de los sistemas; se usa en termoquímica.

SISTEMA

Sistema es una porción del universoobjeto de estudio. Un sistema es una región restringida, no necesariamente de volumen constante, ni fija en el espacio, en donde se puede estudiar la transferencia y transmisión de masa y energía.
Todo sistema queda limitado por un contorno, paredes, fronteras o límites del sistema, que pueden ser reales o imaginarios. También se llaman superficie de control.
El entorno es la parte del universopróxima al sistema y que se ve afectada en alguna medida por los procesos que ocurren en el sistema.

Tipos de sistemas

En función de los límites, un sistema puede ser:
· Cerrado: es una región de masa constante; a través de sus límites sólo se permite la transferencia de energía. Se denomina masa de control.
· Abierto: en un sistema abierto es posible la transferencia de masa y de energíaa través de sus límites; la masa contenida en él no es necesariamente constante. Se denomina volumen de control; la superficie limitante, que por lo menos en parte debe ser permeable o imaginaria, se llama superficie de control.
· Aislado: un sistema aislado no puede transferir materia ni energía con el medio rodeante. El universo en su totalidad se puede considerar como un sistema aislado.
Sedenomina fase a cierta cantidad de materia, homogénea en composición química y estructura física. Un sistema que contiene una sola fase se denomina homogéneo, y si consta de dos o más fases es un sistema heterogéneo. Una fase puede estar compuesta de una sustancia pura o de varios componentes.

Tipos de límites de los sistemas

· Adiabáticos, cuando no pueden ser atravesados por el calor.
·Diatérmicos, si permiten la transferencia del calor.
· Rígidos, si no permiten el cambio de volumen.
· Permeables o semipermeables, cuando a través de las paredes del sistema puede pasar cualquier clase o sólo determinadas sustancias respectivamente.

La pared adiabática

El concepto de pared adiabática se puede ilustrar con un experimento sencillo. Se dispone de un sistema cerrado y rígidoen el que se tiene un dispositivo para la medida de su temperatura empírica.
El sistema se rodea de otro con una temperatura empírica mayor. Si el sistema inicial está construido de cobre, la evolución de la temperatura será semejante a la de la curva 1 de la Figura 1.2. Las curvas 2, 3, 4 y 5 resultarían si el sistema está construido de acero, vidrio, polietileno, alúmina, respectivamente.
Estosresultados se basan en el concepto intuitivo de los valores decrecientes de la conductividad térmica desde el cobre a la alúmina.

Figura – Comportamiento temperatura-tiempo para varios materiales. Se muestra como límites el comportamiento de la pared diatérmica y adiabática.

Finalmente, si el recipiente está rodeado de un vaso Dewar aislado con doble pared (los recipientes que se emplean...