Termodinámica

Un sistema termodinámico (también denominado sustancia de trabajo) se define como la parte del universo objeto de estudio. Un sistema termodinámico puede ser una célula, una persona, el vapor de una máquina de vapor, la mezcla de gasolina y aire en un motor térmico, la atmósfera terrestre, etc.

El sistema termodinámico puede estar separado del resto del universo (denominado alrededores del sistema) por paredes reales o imaginarias. En este último caso, el sistema objeto de estudio sería, por ejemplo, una parte de un sistema más grande. Las paredes que separan un sistema de sus alrededores pueden ser aislantes (llamadas paredes adiabáticas) o permitir el flujo de calor (diatérmicas).

Los sistemas termodinámicos pueden ser aislados, cerrados o abiertos.

Sistema aislado: es aquél que no intercambia ni materia ni energía con los alrededores.

Sistema cerrado: es aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores (su masa permanece constante).

Sistema abierto: es aquél que intercambia energía y materia con los alrededores.

En la siguiente figura se han representado los distintos tipos de sistemas termodinámicos.

Una nube. Ninguna nube tiene límites claros ni definidos. Ese es el mejor indicio de que estamos frente a un sistema abierto. Que intercambia energía con el entorno es obvio: si no perdiera ni absorbiera calor el agua no podría subir ni bajar, crecer ni contraerse, cambiar de forma, condensar agua ni evaporarla. Que intercambia materia no es tan fácil de deducir: si bien las nubes pueden dilatarse y contraerse sin intercambiar materia, los cambios de tamaño se deben más a la pérdida o ganancia de agua en suspensión. La nube está formada por agua líquida, el vapor circundante entra y sale de ella permanentemente.

Una nube: sistema abierto

Un refrigerador. Suponiendo que no consideramos el ingreso ni el egreso de alimentos ni cualquier otra cosa material al gabinete de la heladera, es obvio que la heladera no anda si no la enchufamos. O sea requiere un aporte, un ingreso de energía para funcionar (en este caso energía eléctrica). Pero, además requiere de un radiador para tirar calor a la cocina (generalmente una parrilla metálica negra en la parte trasera). Sin intercambio de energía con el medio, ningún refrigerador funciona.

Un refrigerador: sistema cerrado

Café en un termo. Supongamos que no sacamos café del termo (en ese caso para qué sirve, pero supongámoslo igual), y que el termo es de buena calidad... más aún de una calidad exquisita. Entonces estamos frente a un sistema aislado. Los termos se fabrican de modo tal que se minimice el intercambio de calor con el medio. O sea, que lo que se introduzca en el interior no pierda calor y se mantenga caliente, o lo que introduzcas frío no se caliente. El mecanismo (de construcción) tal vez te lo cuente tu profesor, pero esa cualidad de impedir el intercambio de calor (energía) con el medio es lo que le da el nombre de recipiente adiabático o, por extensión, sistema adiabático. También debemos suponer -lo indica la respuesta al ejercicio en la guía- que no se agita al termo, ya que esa sería una forma de introducir energía (cinética) que luego se convertirá en calórica.

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