Termodinamica

TERMODINAMICA

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, en particular de la transformación de calor en trabajo. Los sistemas que son objeto del estudio de la Termodinámica se denominan Sistemas Termodinámicos.

SISTEMA TERMODINÁMICO

En Física, un sistema es simplemente un cuerpo o conjunto de cuerpos que aislamos, imaginariamente o mediante un esquema, para analizar su comportamiento en determinados fenómenos físicos.

En Termodinámica, un sistema termodinámico es una parte del Universo que se aísla para su estudio. Este <<aislamiento>> se puede llevar a cabo de una manera real, en el campo experimental, o de una manera ideal, cuando se trata de abordar un estudio teórico.

Conviene precisar el concepto de sistema termodinámico como una cantidad de materia limitada por una superficie cerrada. Si el sistema es un bloque de cobre, la superficie es simplemente la del bloque. El sistema pudiera ser un gas, o un gas y un líquido, contenido en un cilindro provisto de un pistón móvil.

Los sistemas termodinámicos se clasifican según el grado de aislamiento que presentan con su entorno en:

• Sistema aislado, que es aquel que no intercambia ni materia ni energía con su entorno. Un ejemplo de este clase podría ser un gas encerrado en un recipiente de paredes rígidas lo suficientemente gruesas (paredes adiabáticas) como para considerar que los intercambios de energía calorífica3 sean despreciables, ya que por hipótesis no puede intercambiar energía en forma de trabajo.

• Sistema cerrado. Es el que puede intercambiar energía pero no materia con el exterior. Multitud de sistemas se pueden englobar en esta clase. El mismo planeta Tierra4 puede considerarse un sistema cerrado. Una lata de sardinas también podría estar incluida en esta clasificación.

• Sistema abierto. En esta clase se incluyen la mayoría de sistemas que pueden observarse en la vida cotidiana. Por ejemplo, un vehículo motorizado es un sistema abierto, ya que intercambia materia con el exterior cuando es cargado, o su conductor se introduce en su interior para conducirlo, o es cargado de combustible , o se consideran los gases que emite por su tubo de escape pero, además, intercambia energía con el entorno. Sólo hay que comprobar el calor que desprende el motor y sus inmediaciones o el trabajo que puede efectuar acarreando carga.

ESTADO TERMODINÁMICO

El estado termodinámico del sistema viene representado por un conjunto de parámetros macroscópicos linealmente independientes (PRESIÓN, volumen, temperatura, etc.). Las magnitudes que sólo son función de los parámetros independientes en el instante considerado, son las funciones de estado.

El estado termodinámico de un sistema es estacionario, cuando sus parámetros permanecen constantes en el tiempo; si no existen fuentes de energía externas, el sistema se encuentra en un estado de equilibrio termodinámico.

El estado termodinámico de un sistema es transitorio, cuando sus parámetros dependen del tiempo.

PROCESO TERMODINÁMICO

Se denomina proceso al conjunto de infinitos estados intermedios por la que pasa un sistema, cuando cambia de un estado inicial a un estado final. Estas transformaciones deben transcurrir desde un estado de equilibrio inicial a otro final; es decir, que las magnitudes que sufren una variación al pasar de un estado a otro deben estar perfectamente definidas en dichos estados inicial y final.

Un proceso termodinámico puede ser visto como los cambios de un sistema, desde unas condiciones iniciales hasta otras condiciones finales, debidos a interacciones con el entorno de trabajo o calor

El trabajo realizado durante el proceso por o en contra del sistema, se puede representar como el área bajo la curva en un diagrama presión vs. Volumen.

CICLO TERMODINÁMICO

Se denomina ciclo termodinámico a cualquier serie de procesos termodinámicos tales que, al transcurso de todos ellos, el sistema regrese a su estado inicial; es decir, que la variación de las magnitudes termodinámicas propias del sistema sea nula.

Generalmente, el estudio de los ciclos termodinámicos se lleva a cabo suponiendo que el sistema es un fluido perfecto, que funciona en una máquina igualmente perfecta, es decir, suponiendo que el ciclo está constituido por una serie de

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