La palabra termodinámica proviene de los vocablos griegos thermos (calor) y
dynamis (potencia), que describe los primeros esfuerzos por convertir el calor
en potencia. Hoy día el mismo concepto abarca todos los aspectos de la energía
y sus transformaciones, incluidas la producción de potencia, la refrigeración y
las relaciones entre las propiedades de la materia.
La termodinámica estudia la energía, la transformación entre sus distintas
manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo.
Está íntimamente relacionada con la mecánica estadistica de la cual se
pueden derivar numerosas relaciones termodinámicas estudiando los
sistemas físicos a nivel macroscópico.
Estados de un sistema
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Sistema: Es lo que se desea estudiar, es una
parte específica del universo.
Entorno: Es todo lo que rodea al sistema material.
Limite: Separación del sistema, real o imaginaria,
con su entorno.
Universo: Es el sistema mas el entorno.
Se denomina sistema termodinámico o simplemente sistema a toda aquella cantidad
de materia o aquella región en el espacio elegida para su estudio limitada por una
superficie llamada frontera, abstracta o real (también conocidas como fija o móvil
respectivamente). Cuando la frontera que limita el sistema es real, se conoce como
pared. Observe que la frontera es la superficie de contacto compartida tanto por el
sistema como por los alrededores, medio ambiente o vecindad, es decir, todo aquello
que queda fuera del sistema. Así, el sistema más su entorno se denomina universo.
Cada sistema puede ser, a su vez, subsistema de otro mayor, o, también, estar él
mismo dividido en subsistemas.
Un sistema queda especificado cuando se conoce su naturaleza fisicoquímica, las
propiedades de las paredes que separan los diferentes subsistemas y la pared que
separa todo el sistema del entorno. Si la composición química y las propiedades
físicas locales (entendidas como propiedades intensivas macroscópicas) de un sistema
son iguales en todos los puntos del mismo, el sistema es homogéneo y se dice
entonces que consta de una sola fase. Cuando el sistema está compuesto de varios
subsistemas homogéneos o fases, se dice que es heterogéneo.
Finalmente, un sistema puede interactuar o no con su entorno. Las
interacciones entre diferentes sistemas termodinámicos, que se denominan
contactos termodinámicos, están condicionadas tanto por la naturaleza de
los sistemas como por el tipo de paredes separadoras. Cuando no existe
ningún contacto termodinámico entre el sistema y el entorno, se dice que el
sistema es aislado, en este caso, no puede intercambiar ni masa ni energía
con el entorno.
Por ejemplo: Considérese un dispositivo conformado por un émbolo y un
cilindro. Supongamos que nos interesa saber qué le sucede al gas encerrado
cuando se calienta. Puesto que centramos nuestra atención en el gas, éste es
nuestro sistema, las superficies interiores del émbolo y el cilindro forman la
frontera (la superficie interna del émbolo, en este caso) puede moverse.
Todo lo que queda fuera del gas, incluso el émbolo y el cilindro,
constituyen los alrededores.
A grandes rasgos los sistemas cerrados son aquellos que pueden intercambiar energía,
aunque no materia, con los alrededores. Los sistemas abiertos son aquellos que pueden
intercambiar materia y energía, y finalmente se conocen como sistemas aislados a todo
sistema que incapaz de poder intercambiar materia o energía.
Por ejemplo: Un clásico sistema abierto, se considera al calentador de agua, pues se
requiere determinar cuánto calor se debe transferir al agua que está en el tanque para
suministrar un flujo permanente de agua caliente. Puesto que saldrá agua caliente del
tanque y será sustituida por agua fría, no conviene elegir una masa fija como sistema
para el análisis. En su lugar, es posible concentrarse en el volumen formado por las
superficies interiores del tanque y considerar los flujos de agua caliente y fría como la
masa que sale y entra al volumen control. En este caso la superficie interior del tanque
forma la superficie de control, y la masa cruza la superficie de control en dos
posiciones.
La parte del sistema que interacciona con el sistema se le conoce como
alrededor. Las interacciones entre el sistema con sus alrededores esta
caracterizada por los intercambios de energía y masa, en sus diversas formas,
la energía puede intercambiarse por medios mecánicos o no mecánicos, esto
es por procesos de calentamiento o enfriamiento
Es aquella superficie real o imaginaria que separa al sistema de sus
alrededores se le conoce como frontera. La frontera de un sistema es fija o
móvil; la frontera es la superficie de contacto compartida tanto por el sistema
como sus alrededores. Se puede llegar a clasificar en tres tipos
a) Rígida o móvil
b) Permeable e Impermeable
c) Real o Imaginaria
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