Termodinamica

Capitulo 1

TERMODINAMICA

1.1. INTRODUCCION:
La Termodinámica estudia las relaciones cuantitativas existentes entre el calor y las otras formas de energía, tales como: mecánica, química, eléctrica y radiante. Se dice que un cuerpo posee energía cinética a consecuencia de su movimiento o del movimiento de sus componentes, es decir, de sus moléculas, átomos y electrones; y que posee energíapotencial en virtud de su posición o de la configuración de sus componentes. El valor absoluto de la energía de un sistema no es posible conocerlo, pues únicamente es posible determinar las variaciones de energía cuando un sistema sufre alguna transformación. Las variaciones de la energía mecánica se expresan en ergios o en julios, y las de calor en calorías. RUMFORD, en 1798, y JAMES JOULE, en1849, demostraron la equivalencia existente entre trabajo mecánico y calor, con lo que la caloría definida en la actualidad se considera igual a 4,1840 x 107 erg o 4,1840 J absolutos, y de aquí qué el trabajo y el calor puedan expresarse en las mismas unidades.
La energía puede considerarse como el producto de un factor de intensidad y un factor de capacidad. De tina forma más explícita, losdiferentes tipos de energía pueden venir representados por el producto de una propiedad intensiva, independiente de la cantidad de sustancia, y la diferencial de una propiedad extensiva, que es proporcional a la masa del sistema. Así, por ejemplo, el trabajo mecánico, realizado por un gas sobre su entorno, al expansionarse, es igual a PdV, y el trabajo efectuado por las moléculas de la superficie de unlíquido contra la tensión superficial es gdA. Algunas de las diferentes formas de la energía, junto con estos factores y sus unidades, se encuentran en la tabla 1.
TABLA 1 Factores de intensidad y capacidad de la energía
Formasde laenergía | Factor de intensidado de potencial(Propiedad intensiva) | Factor de capacidado de cantidad(Propiedad extensiva) | Unidadesde energíamás usuales |
Calor(térmica) | Diferencia de temperatura(grados) | Variación de entropía(cal/grado) | Calorías |
Expansión | Presión (dyn/cm2) | Variación de volumen(cm3) | Ergios |
Superficial | Tensión superficial
(dyn/cm) | Variación de la superficie
(cm2) | Ergios |
Eléctrica | Fuerza electromotriz o
diferencia de potencial(voltios) | Cantidad de electricidad
(culombios) | julios |
Química | Potencialquímico(cal/mol) | Número de moles | Calorías |
La Termodinámica se basa en tres principios o hechos experimentales que nunca han podido ser demostrados de un modo directo por razonamientos matemáticos. Sin embargo, de estos tres principios pueden deducirse varias conclusiones, corrientemente expresadas en forma de ecuaciones matemáticas, cuyos resultados están muy de acuerdo con la observación. Enconsecuencia, los principios de la Termodinámica, de los cuales se obtienen estas ecuaciones, se aceptan como válidos para aquellos sistemas formados por un gran número de moléculas.
1.1. PRIMER PRINCIPIO DE TERMODINÁMICA
El primer principio es una expresión de la conservación de la energía, que señala el hecho de que la energía puede transformarse de una forma en otra, pero no puede ser creadani destruida; o, dicho de otro modo, la energía total de un sistema y su entorno –conjunto que se considera frecuentemente como un sistema aislado permanece constante durante cualquier transformación. Esto es consecuencia del hecho de que las diferentes formas de energía son equivalentes, y que cuando se forma una de ellas ha de desaparecer una cantidad igual de otra clase de energía. La actualimagen relativista del universo, expresada por la ecuación de Einstein:
Energía = (variación de la masa) x (velocidad de la luz) 2
Sugiere que la materia pueda ser considerada como otra forma de la energía, siendo 1 g igual a 9 x 1020 erg. Pero como en las reacciones químicas las cantidades de energía que intervienen son pequeñas, éstas no afectan prácticamente a la masa de las sustancias...