Termodinamica

Universidad del Valle de México
Campus: Tampico
Termodinámica

Unidad 1
1.1 Introducción
Al observar cualquier tipo de materia con un microscopio de gran aumento (observación o enfoque microscópico) se encuentra que está compuesto por átomos y moléculas sobre los que actúan fuerzas moleculares y entre los cuales se encuentran espacios vacíos. Si se reduce de algún modo el aumento de estemicroscopio hasta que no se observen los espacios vacíos entre los átomos y moléculas, se encontrara la misma materia, pero como un conjunto homogéneo donde no se observan las discontinuidades enunciadas. Si se mantiene este último aumento o se disminuye mas, la materia se verá como un conjunto homogéneo y no como átomos o moléculas aisladas, es decir como si fuera continua.

Dependiendo delenfoque utilizado (aumento establecido para observación o análisis), se puede hablar de termodinámica estadística cuando se utilice el enfoque microscópico, o de termodinámica clásica cuando se utilice el enfoque macroscópico.

Para el ingeniero mecánico es de gran interés analizar las transformaciones y manifestaciones de la materia como conjunto o grupo, y no la de los átomos o moléculas porseparado, de ahí su orientación hacia la termodinámica clásica.

Desde este enfoque se considera que la sustancia es la misma materia, pero vista como un conjunto continuo (macroscópico). Dicha definición es importante por ser la base del análisis macroscópico, además por el papel que juega en los sistemas al brindarle sus características y porque al utilizar conceptos como sustancia pura osustancia de trabajo se simplifica o aclara el análisis.

1.2 Sustancia de Trabajo.
Si observamos los equipos de una industria, seguramente podríamos pensar en cada uno de ellos como un sistema, pero si pensamos en el conjunto de todos ellos como otro gran sistema, es muy
probable que en él se involucren diferentes tipos de sustancias.

En este caso sería de importancia identificar cual de lassustancias es la encargada de cumplir el objetivo planteado al seleccionar el sistema, o cual es la que mediante sus transformaciones realiza la tarea deseada en ese sistema.

Todo fluido o mezcla de fluidos, que está involucrada directamente con el objetivo planteado, a la que se realizan cambios, o sufre alteraciones en sus condiciones termodinámicas para producir un potencial trabajo, es lasustancia de trabajo.

1.3 Sistemas Termodinámicos.
Sistema: es la porción delimitada y especificada del mundo físico, que contiene cantidades definidas de sustancia que se consideran bajo estudio o constituyen nuestro interés.
Necesitamos además definir entorno o medio ambiente el cual es la zona del universo que interactúa con el sistema. Esta última definición tiene su importancia ya quedetermina con una mayor rigurosidad lo que se debe entender por Entorno o Medio ambiente.
Saber cuál es la “zona (y sus límites) que interactúa” con el Sistema no siempre se pueden conocer en forma precisa, por ello en los esquemas que se observan más abajo, el Entorno se dibuja con líneas discontinuas.+

El entorno es la zona del universo que interactúa con el sistema.
SISTEMA + ENTORNO (OMEDIO AMBIENTE) = UNIVERSO
Tipos de sistema
Aislado: no hay transferencia de masa o energía con el entorno.
Ej. : Un termo ideal (aislado y de paredes rígidas).
Cerrado: no transfiere masa pero sí energía en forma de calor, trabajo o radiación.
Ej. : Cualquier recipiente cerrado no ideal.
Abierto: transfiere masa y energía con su entorno.
Ej. : El cuerpo humano.
La mayoría de los sistemasen la vida real son abiertos, mientras que en el laboratorio la mayoría de los sistemas químicos son cerrados.
Primera ley o primer principio de la termodinámica
La Ley de Conservación de la Energía -que es una de las formas de expresión de la Primera Ley (o Primer Principio) de la Termodinámica-, se puede visualizar en una forma muy sencilla con los conceptos de energía acumulada y energía...