Representación de un sistema termodinámico en un diagrama P-V

Representación de un sistema termodinámico en un diagrama P-V

El sentido de avance, indicado por las puntas de flecha, nos indica si el incremento de volumen es positivo (hacia la derecha) o negativo (hacia la izquierda) y, como consecuencia, si el trabajo es positivo o negativo, respectivamente.

Por lo tanto, se puede concluir que el área encerrada por la curva que representa un ciclo termodinámico en este diagrama, indica el trabajo total realizado (en un ciclo completo) por el sistema, si éste avanza en sentido horario o, por el contrario, el trabajo total ejercido sobre el sistema si lo hace en sentido antihorario.

Las dos primeras leyes de la Termodinámica

Un sistema termodinámico está constituido por el material ó materiales que son objeto de nuestro estudio. En Química, y por extensión en Bioquímica estos materiales serán generalmente substancias químicas contenidas en un recipiente (un tubo de ensayo, un matraz, etc). El tipo ó naturaleza de las paredes del recipiente van a detarminar el tipo de sistemas termodinámicos que existen. Los más frecuentes son:

-Sistemas cerrados: Sus paredes no permiten el paso de materia, pero sí el de energía. Son los sistemas más frecuentes, construidos en vidrio, plástico, metales, etc: tubos de ensayo, matraces, vasos, etc. Las paredes de estos sistemas no permiten obviamente el paso de materia (son paredes impermeables), pero permiten el intercambio de energía, por ejemplo en forma de calor. A estas paredes se las llama diatérmicas (aunque todos tenemos una idea intuitiva de lo que es calor, esta idea suele ser bastante vaga, y a veces alejada de lo que en termodinámica se entiende por calor, de forma que más adelante hablaremos del calor con más precisión).

-Sistemas abiertos: Además de la energía, sus paredes permiten también el paso de materia. Se trata de paredes permeables. El ejemplo más frecuente es el constituido por una célula. La pared celular permite el intercambio de energía y de materia.

-Sistemas cerrados adiabáticos: Se trata de sistemas cerrados con paredes que no permiten el intercambio de energía en forma de calor. Estas paredes se denominan adiabáticas. Las paredes de un "termo de café" son adiabáticas. nota1

Las propiedades físicas de carácter macroscópico que se pueden medir en un sistema, junto con las propiedades que se definen en el desarrollo de la termodinámica, constituyen las propiedades termodinámicas. Las propiedades termodinámicas serán de carácter macroscópico, como la masa, el volumen, la presión, etc. Se clasifican en extensivas, e intensivas. Las propiedades extensivas dependen del tamaño del sistema, son aditivas (p.e. masa y volumen). Las propiedades intensivas se pueden definir en cada punto del sistema, no dependen de su tamaño, y no son aditivas (p.e. presión y coeficiente de dilatación).

A veces los sistemas aparecen divididos en partes, de forma que cada parte es homogénea en sus propiedades. Estas partes se denominan fases.

El estado de un sistema viene definido por el conjunto de valores de sus propiedades termodinámicas. Cuando un sistema se encuentra en un estado termodinámico, todas sus propiedades, incluida la composición, tienen un valor definido, que no cambia con el tiempo. Estos son los estados que estudia la termodinámica. También se denominan estados de equilibrio. Las propiedades termodinámicas son funciones de estado: el valor de cualquiera de ellas es función del valor que adquieran unas pocas de ellas (generalmente un par de propiedades intensivas cualesquiera, más la composición, son suficientes para determinar el valor de todas las demás propiedades). nota2

Este carácter de funciones de estado nos permite definir el equilibrio termodinámico como resultado de tres

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