Sistema termodinámico, sus límites y alrededores

TEMA 25: TERMINOLOGIA TERMODINAMICA BASICA

Mario Melo Araya

meloqca@vtr.net

Sistema termodinámico, sus límites y alrededores.

Un sistema termodinámico es cualquier porción del universo físico o cualquier porción de materia objeto de estudio. Puede ser desde muy simple a muy complejo. Por ejemplo, puede ser una porción de aire contenido en un cilindro provisto de un pistón, o una disolución contenida en un vaso, o una mezcla de substancias químicas que reaccionan, o una planta, un animal, etc.

Conjuntamente con la elección de un sistema se fijan sus límites o fronteras que lo separan de sus alrededores o medio exterior inmediato con el cual el sistema interacciona. Los límites pueden ser reales, tales como, por ejemplo, las paredes rígidas o flexibles del recipiente que lo contiene; o pueden ser ficticios o imaginarios como los que envolverían a una masa de aire que se desplaza a centros de menor presión.

Toda interacción entre un sistema con sus alrededores consiste, en general, en procesos de intercambio de materia y/o energía entre ellos, procesos que dependerán de la naturaleza de las paredes del sistema. En efecto, si ellas no permiten tales intercambios, son paredes aislantes y el sistema se halla totalmente aislado o, simplemente, aislado. Si no permiten el intercambio de calor, son paredes adiabáticas y el sistema se encuentra térmicamente aislado; si lo permiten son paredes diatérmicas . Cuando un sistema intercambia materia con su medio exterior inmediato, es un sistema abierto; en caso contrario, es un sistema cerrado. Si las paredes son rígidas de modo que el volumen del sistema es constante y es incapaz de intercambiar energía en forma trabajo mecánico, el sistema se encuentra mecánicamente aislado.

Equilibrio termodinámico y estados de equilibrio termodinámico.

La termodinámica trata solamente con sistemas que se hallan en estados de equilibrio termodinámico; los que involucran un estado de equilibrio mecánico, térmico y químico. El equilibrio mecánico exige que las propiedades mecánicas del sistema, como la presión en los sistemas PVT, sean uniformes y constantes a través de todo el sistema e igual a la presión exterior si las paredes son flexibles. El equilibrio térmico exige que la temperatura sea uniforme y constante a través de todo el sistema e igual a la temperatura exterior si las paredes son diatérmicas. El equilibrio químico exige que la estructura interna y la composición química del sistema sean constantes y uniformes a través de todo el sistema.

En todo estado de equilibrio los valores de las variables de estado o coordenadas termodinámicas del sistema permanecen inalterables y uniformes a través de todo el sistema. Son dichos valores los que definen y describen cada uno de los infinitos estados de equilibrio en los cuales puede hallarse un sistema; valores que sólo dependen del estado de equilibrio en que se encuentre. En los llamados sistemas PVT, por ejemplo, cuyas variables de estado son p, V y T, cada estado de equilibrio queda definido por los valores de dichas variables.

Propiedades de estado.

Todo estado de equilibrio de un sistema se describe completamente especificando los valores de unas pocas magnitudes físicas denominadas variables de estado, propiedades de estado o coordenadas termodinámicas de estado. Son magnitudes macroscópicas, medibles experimentalmente.

Condiciones que debe cumplir una variable para que sea considerada variable de estado o propiedad de estado de un sistema: a) si tiene sólo un valor, y solamente uno, en cada estado de equilibrio; b) si el cambio que experimenta su valor, al pasar el sistema de un estado de equilibrio a otro, es independiente del proceso causante del cambio; c) si es función de otras variables de estado y solamente entonces.

Estas condiciones son también condiciones de las llamadas funciones puntuales en matemática; por lo tanto, las propiedades de estado de un sistema son funciones puntuales.

Las funciones o propiedades de estado pueden ser de dos tipos: a) aquellas que son independientes del tamaño (V), o masa (m), o cantidad de materia (n) del sistema, son propiedades intensivas; por ejemplo. presión, temperatura, densidad, etc. b) aquellas que dependen del tamaño o masa o cantidad de materia, son propiedades extensivas; por ejemplo, volumen, energía, entalpía, entropía, etc. Las propiedades intensivas no son aditivas; en cambio si lo son las propiedades extensivas.

Es posible transformar una propiedad extensiva en intensiva, obteniéndose el valor específico de la propiedad o el valor

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