Sistemas Termodinamicos

Sistemas termodinámicos

La importancia del calor para el ser humano se ha registrado en todas las épocas. Sin embargo, es en el siglo XVIII cuando se inventan maquinas que convierten la energía térmica en trabajo mecánico. La primera fue la maquina de vapor. En 1765 James Watt invento un método para condensar y recircular el vapor en una maquina. Esta fuente de potencia resulto bastante eficiente y revoluciono el transporte y la producción industrial. En 1824 Sadi Carnot estableció los principios del estudio sobre la eficiencia de los motores y la reversibilidad de los procesos térmicos.

La termodinámica se encarga de estudiar la transformación de la energía térmica en energía mecánica así como el proceso inverso, la conversión de trabajo en calor.

Temperatura y calor

Dos conceptos fundamentales aparecen en el estudio de los procesos termodinámicos, temperatura y calor.

Mediante el tacto se puede percibir la temperatura, pero esta percepción no es lo suficientemente precisa como para considerarla una forma de medición científica; para ello se han diseñado métodos y escalas cuantitativas. La medición de la temperatura indica cuanto mas caliente esta un objeto de otro. La temperatura se mide con dispositivos llamados termómetros.

Las escalas de temperatura Celsius y Fahrenheit se construyeron tomando dos puntos de referencia muy familiares: la congelación y la ebullición del agua. La relación entre las escalas de temperatura Celsius y Fahrenheit se da por la ecuación:

T_F=9/5 T_C+32

en donde T_F representa la temperatura en grados Fahrenheit y T_C la temperatura en grados Celsius.

En 1848, William Thompson, a quien después se le conoció como Lord Kelvin, propuso la escala de temperatura absoluta en la que el cera absoluto es el limite inferior de la temperatura, su unidad es el Kelvin(K), y el tamaño del grado en la escala Kelvin es igual al tamaño del grado en la escala Celsius, por lo tanto, se relaciona por medio de la expresión:

T_C=T_K-217.15

En el momento en que ya no existe intercambio de energía, decimos que hay un equilibrio térmico.

Si dos objetos están en equilibrio térmico, es posible que el primero también este en equilibrio térmico con un tercer objeto y, en consecuencia, el segundo también estará en equilibrio térmico con el tercer objeto. Podemos precisar lo anterior en un enunciado que se conoce como ley cero de la termodinámica: si dos objetos, A y B, considerados por separado, están en equilibrio térmico con un tercer objeto, C (un termómetro), entonces A y B están en equilibrio térmico entre si.

La energía interna es la energía asociada a los componentes microscópicos del objeto o sistema (átomos y moléculas), y está constituida por la energía potencial de las moléculas debido a las fuerzas intermoleculares (energía de enlace) y a la energía cinética generada por el movimiento traslacional, vibraciones lineales t rotacionales de la moléculas.

Se puede concluir que el calor es un mecanismo mediante el cual la energía se transfiere entre un objeto o sustancia y su entorno, como consecuencia de una diferencia de temperatura entre ellos. También es la cantidad de energía (Q) transferida a través de este mecanismo.

El equivalente mecánico del calor es la cantidad de joules (J) que corresponden a la caloría, es decir, 1 caloría = 4.186 joules.

Trabajo en los procesos termodinámicos

En termodinámica hay ecuaciones de estado que describen las condiciones de un sistema. Describimos el estado de un sistema mediante cantidades como la presión (P), el volumen (V), la temperatura (T) y la energía interna (U) a las cuales se les llama variables de estado.

La mayoría de los gases que están

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