La Termodinámica

La Termodinámica es la rama de la Física que trata del estudio de las propiedades materiales de los sistemas macroscópicos y de la interconversión de las distintas formas de energía. Los sistemas que son objeto del estudio de la Termodinámica se denominan Sistemas Termodinámicos.

Sistemas Se puede definir un sistema como un conjunto de materia, que está limitado por una superficie, que le pone el observador, real o imaginaria. Si en el sistema no entra ni sale materia, se dice que se trata de un sistema cerrado, o sistema aislado si no hay intercambio de materia y energía, dependiendo del caso.

Tipos de Sistemas

Un sistema abierto: se da cuando existe un intercambio de masa y de energía con los alrededores; es por ejemplo, un coche. Le echamos combustible y él desprende diferentes gases y calor.

Un sistema cerrado: se da cuando no existe un intercambio de masa con el medio circundante, sólo se puede dar un intercambio de energía; un reloj de cuerda, no introducimos ni sacamos materia de él. Solo precisa un aporte de energía que emplea para medir el tiempo.

Un sistema aislado: se da cuando no existe el intercambio ni de masa y energía con los alrededores. El universo es un sistema aislado, ya que la variación de energía es cero.

LEYES DE LA TERMODINAMICA

Principio cero de la TermodinámicaEste principio o ley cero, establece que existe una determinada propiedad denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado.

Primera ley de la Termodinámica

También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.

En palabras llanas: "La energía ni se crea ni se destruye: solo se transforma". La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Segunda ley de la Termodinámica

Esta ley marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen).

Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.

Enunciado de Clausius: Diagrama del ciclo de Carnot en función de la presión y el volumen. En palabras de Sears es: «No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a

una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más elevada».

Enunciado de Kelvin—Planck: Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito, y la realización de una cantidad igual de trabajo.

Otra interpretación: Es imposible construir una máquina térmica cíclica que transforme calor en trabajo sin aumentar la energía termodinámica del ambiente.

Tercera ley de la Termodinámica

Afirma que no se puede alcanzar el cero absoluto en un número finito de

etapas. Es importante reconocer que no es una noción exigida por la termodinámica clásica por lo que resulta inapropiado tratarlo de «ley», siendo incluso inconsistente con la mecánica estadística clásica y necesitando el establecimiento previo de la estadística cuántica para ser valorado adecuada mente.

CICLO TERMODINÁMICO:

Es el conjunto de las transformaciones termodinámicas de un sistema que retorna a las condiciones iniciales después de haber realizado un trabajo sobre otros sistemas.

CICLO TERMODINÁMICO INVERSO:

Un ciclo termodinámico inverso busca lo contrario al ciclo termodinámico de obtención de trabajo.

CALOR:

Se llama calor a la magnitud que fluye entre dos sistemas a causa únicamente de su diferencia de temperatura.

FOCO FRÍO, FOCO CALIENTE:

Cuando se desarrolla un proceso termodinámico entre dos focos de temperatura diferente, se llama foco frío o fuente fría de calor al foco de menor temperatura.

TRABAJO. TRABAJO ADIABÁTICO:

Se dice que un sistema realiza trabajo mecánico sobre otro sistema cuando el primero le transfiere algún tipo de energía mecánica o electromecánica, ya sea una compresión, una expansión, etc.

APLICACIONES DE LA TERMODINAMICA.

• La termodinámica es útil para todo. Para empezar hay que de limitar a qué se dedica la termodinámica:

• La termodinámica se ocupa de los intercambios energéticos entre los sistemas.

• La termodinámica establece la espontaneidad de los procesos que se dan entre los sistemas.

• La termodinámica es una rama de la física puramente empírica, por lo tanto sus aseveraciones son en cierto sentido absolutas.

• Las utilidades, además de las ya comentadas se pueden agrupar en los siguientes campos esenciales (bajo mi punto de vista).

• El estudio del rendimiento de reacciones energéticas.

• El estudio de la viabilidad de reacciones químicas.

• El estudio de las propiedades térmicas de los sistemas (como hayan comentado dilataciones, contracciones y cambios de fase).

• Establece rangos delimitados de los procesos posibles en función de leyes negativas.

• La termodinámica describe los sistemas con un conjunto reducido de variables, las conocidas como variables de estado, sin entrar en la estructura interna o las teorías fundamentales subyacentes.

Liceo Rubén DaríoEsfuerzo, Formación y Disciplina

TERMODINAMICA