Termodinamica

Introducción a la termodinámica

¿Qué es la termodinámica?

•

Disciplina científica que tiene
relación con la interconversión del calor y
otras formas de energía.
• Esta es útil mientras se aplique a sistemas en
equilibrio.

Entonces estudia la dinámica de
los procesos referida al estudio
de la energía calor
trabajo

Para entender debemos saber qué es un
Sistema
ElSistema es cualquier parte del
universo que se desea estudiar
/objeto de investigación

• Frontera:
Se fija de
Acuerdo a nuestro
problema.

Entorno:
Los cambios en
el sistema pueden o
no interactuar
con el.

Sistema
Abierto
Intercambia
masa y energía
en forma de
calor con sus
alrededores

Cerrado
Permite la
transferencia
de energía
(calor) pero no
de masa

Aislado
Sistemaque no
permite el
intercambio de
energía (masa y
energía)

Identifique a que sistema corresponde

a.- Enfriamiento de un dique.
d.- Una planta.
b.- rx. Química en un recipiente sellado
c.- Sistemas geológicos.
e.- Un insecto. f.- un termo con agua

¿Cuándo un sistema se encuentra
en equilibrio?

• Se dice que un sistema en equilibrio cuando:
 ninguno de sus propiedadescambian con el tiempo.
 El sistema retorna a su estado después de ser
alterado. (regresa a sus valores originales)
 Tienen niveles de energía bajos.
Los sistemas naturales tienden a estados de mínima
energía

• Cualquier sistema que tenga diferencia de temperatura,
presión o composición, tenderá a cambiar hasta eliminar
esas diferecias. P. ej. Una lava emplazada en la superficie,
no estáen equilibrio con el aire que la rodea, y se enfriará.
Equilibrio estable
Nivel de energía más bajo. Reúne atributos
de equilibrio. P. ej. grafito.
Equilibrio metaestable
Reúne los atributos de equilibrio, pero no
tiene el nivel energético más bajo. Sólo si se
supera la barrera de energía (energía de
activación) se accederá al estado estable.
P. ej. Diamante en la superficie de la tierraLos sistemas naturales tienden a estados
de mínima energía.

Sistema inestable
1. Reúne primer atributo de equilibrio,
pero no el segundo.
2. No reúne ninguno de los atributos

Ejemplos
La forma estable de una sustancia es diferente a diferentes
condiciones. P. ej.
• 1)A +5ºC la forma estable de H2O es agua, y a –5ºC es
hielo.
• 2)A alta P y T, la forma estable de C es diamante, abaja P y T es grafito.

Propiedades o variables de estado
• Los sistemas en equilibrios tienen propiedades
medibles, propiedad es cualquier cantidad que
tiene valor

PROCESOS
Son aquellos que afectan a un sistema termodinámico
al cambiar de un estado a otro (p. ej. una reacción
química). La trayectoria seguida en el cambio entre
estados no es materia de la termodinámica, sino de lacinética. Se reconocen dos tipos extremos e ideales
de proceso termodinámico:

Irreversible
Cambio de un estado metaestable a
un estado más estable de menor
energía.
Ejemplo: Conversión de vidrio
metaestable a cristales bajo
condiciones atmosféricas
(devitrificación). La devitrificación
ocurre espontáneamente en la
dirección de menor energía.

Reversible
Cambio de un estado inicialestable
a un estado final también estable,
pasando por una secuencia continua
de estados de equilibrio. En la
naturaleza no existen procesos
perfectamente reversibles, se
emplean sólo como modelos
termodinámicos.

En termodinámica

Leyes de la Termodinámica

Primera ley
• Establece que la energía se puede convertir de
una forma a otra, pero no se puede crear ni
destruir.
Esdifícil demostrar esta ley
• Determinar el contenido total de energía de
un clavo de 1 g. Pero se puede medir la
energía interna (∆E = ∆U) de un sistema
∆E = Ef – Ei

Energía interna
La energía total, ET , de un sistema puede descomponerse en
energía de masa (Em), energía cinética (Ek), energía potencial
(Ep), y energía interna (U):
E T = E m + Ek + E p + U
La energía interna U...