Sistemas Termodinámicos
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CAPÍTULO 5. Termodinámica
INTRODUCCION.
Sistemas Termodinámicos
Variables termodinámicas macroscópicas.
Consideremos un gas encerrado en un tubo
cilíndrico cerrado a uno de sus extremos y provisto
de una tapa deslizante (pistón) en el otro. Como se
muestra en la figura.
El sistema descrito ocupa determinado volumen el
cuál puede conocerse en determinado momento por
la posición del pistón, otra cantidad indispensable
para la descripción del sistema es la presión del gas
en el cilindro, que también se puede conocer,
mediante un manómetro. Finalmente, para tener una
idea completa de lo que sucede en el cilindro hay
que conocer la temperatura, la cual puede medirse
en forma simple al igual que las otras dos
cantidades. Estas cantidades obtenidas por medición
directa, que describen al sistema, nos proporcionarán
lo que se conoce como la Descripción microscópica
del sistema.
Otro punto de vista de describir el sistema es
asumiendo que el gas esta formado por un gran
número de partículas, moléculas o átomos, todos de
igual masa y cada uno moviéndose con una
velocidad independiente de las otras es imposible
aplicar las leyes de Newton del movimiento a cada
molécula por separado e incluso tabular las
coordenadas de cada molécula, en este caso es
necesario usar métodos estadísticos las cantidades
que lo especifican no están directamente asociadas,
con nuestro sentido de percepción, esta descripción
es conocida como Descripción microscópica del
Sistema.
La descripción macroscópica o sea las propiedades
apreciadas por nuestros sentidos son el punto de
partida para todas las investigaciones y aplicaciones
prácticas. Por ejemplo, en la mecánica do un cuerpo
rígido, considerando los aspectos, externos,
especificamos su centro de masa con referencia a un
eje de coordenadas en un tiempo particular.
La posición y e1 tiempo y la combinación de ambos,
tal como la. Velocidad, constituyen algunas de las
cantidades macroscópicas usadas en mecánica y son
llamadas coordenadas mecánicas y estas sirven para
determinar la energía potencial y cinética del cuerpo
rígido. Estos dos tipos de energía, constituyen la
energía mecánica o externa del cuerpo rígido. El
propósito de la mecánica es encontrar relaciones
entre las coordenadas de posición y el tiempo
consistentes con las leyes de Newton del
movimiento.
En la termodinámica la atención se dirige al exterior
del sistema. Se determinan experimentalmente: las
cantidades macroscópicas que son necesarias y
suficientes para describir el estado interno del
sistema, estas son llamadas coordenadas
termodinámicas.
El propósito de la termodinámica es encontrar las
relaciones entre las coordenadas termodinámicas
consistentes con las leyes fundamentales de la
termodinámica.
Finalmente, puntualizaremos que dentro de la física,
las leyes que relacionan las cantidades
macroscópicas, se denomina termodinámica clásica
o simplemente termodinámica y, las fórmulas
matemáticas que relacionan las cantidades
microscópicas, constituyen la Mecánica Estadística,
o Teoría atómica del calor, o bien, cuando se usan
técnicas simples estadístico-matemáticas se le llama
teoría cinética.
LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA Y
EQUILIBRIO TÉRMICO.
Supongamos que tenemos dos sistemas A y B,
separados cada uno y definidos por las coordenadas
(presión y temperatura) p, T y p’, T’
respectivamente.
El estado de un sistema en el cual las velocidades
macroscópicas tienen valores que permanecen
constantes mientras que las condiciones externas no
se cambien, se conoce como estado de equilibrio
térmico.
Equilibrio térmico. Los experimentos demuestran
que la existencia de un estado de equilibrio depende
de la proximidad de otros sistemas y de la naturaleza
de la pared que los separa. Si cuando un sistema
...