TERMODINÁMICA
En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas termodinámicos.
Un sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estado. Estas se pueden combinar para expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos, útiles para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas, los procesos espontáneos y el intercambio de energía con su entorno.
Los principales elementos que tenemos para su estudio son:
Las leyes de la termodinámica. Estas leyes definen la forma en que la energía puede ser intercambiada entre sistemas físicos en forma de calor o trabajo.
La entropía. La entropía es una magnitud que puede ser definida para cualquier sistema. Concretamente, la entropía define el desorden en que se mueven las partículas internas que forman la materia, es decir, la energía cinética que tienen las partículas que componen un cuerpo.
La entalpía. La entalpía es una función de estado del sistema físico considerado. En realidad, l primera ley de la termodinámica, en función de la entalpía, adopta la forma
dQ = dH - Vdp, es decir, la cantidad de calor suministrada a un sistema es utilizada para aumentar la entalpía y hacer un trabajo externo - Vdp.
Con estas herramientas, la termodinámica describe cómo los sistemas responden a los cambios en su entorno. A menudo, este estudio se aplica a los gases. En este caso, a menudo se habla de los gases ideales.
¿CUÁLES SON LAS LEYES DE LA TERMODINÁMICA?
Los principios de la termodinámica se enunciaron durante el siglo XIX, los cuales regulan las transformaciones termodinámicas, su progreso, sus límites. Realmente, son axiomas reales basados en la experiencia en la que se basa toda la teoría.
En concreto, se pueden distinguir tres principios básicos, más un principio de "cero" que define la temperatura y que está implícito en los otros tres.
PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINÁMICA
La ley cero de la termodinámica afirma que cuando dos sistemas que interactúan están en equilibrio térmico, comparten algunas propiedades, que pueden medirse dándoles un valor numérico preciso. En consecuencia, cuando dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio entre sí y la propiedad compartida es la temperatura.
PRIMER PRINCIPIO TERMODINÁMICO
La primera ley de la termodinámica afirma que cuando un cuerpo se pone en contacto con otro cuerpo relativamente más frío, se produce una transformación que conduce a un estado de equilibrio en el que las temperaturas de los dos cuerpos son iguales.
El primer principio es, por lo tanto, un principio de conservación de la energía. En cada máquina térmica, una cierta cantidad de energía se transforma en trabajo: no puede existir una máquina que produzca trabajo sin consumir energía.
En definitiva, el primer principio termodinámico se afirma tradicionalmente como: La variación de la energía interna de un sistema termodinámico cerrado es igual a la diferencia entre el calor suministrado al sistema y el trabajo realizado por el sistema en el medio ambiente.
SEGUNDO PRINCIPIO TERMODINÁMICO
Hay varias declaraciones de la segunda ley de la termodinámica, todas equivalentes, y cada una de las formulaciones enfatiza un aspecto particular. En primer lugar, afirma que "es imposible realizar una máquina cíclica que tenga el único resultado de transferir calor de un cuerpo frío a un cuerpo cálido" (declaración de Clausius). Por lo tanto, la transferencia de calor siempre va del cuerpo caliente al cuerpo frío.
Por otra parte, también se puede afirmar, de manera equivalente, que “es imposible llevar a cabo una transformación cuyo resultado sea solo el de convierte el calor tomado de una sola fuente en trabajo mecánico” (declaración de Kelvin).
TERCER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
El tercer principio de las leyes de la termodinámica está estrechamente relacionado con este último, y en algunos casos se considera como consecuencia de este último. En este sentido, puede afirmarse diciendo que "es imposible alcanzar el cero absoluto con un número finito de transformaciones" y proporciona una definición precisa de la magnitud llamada entropía.
Adicionalmente, la tercera ley de la termodinámica también establece que la entropía para un sólido perfectamente cristalino, a la temperatura de 0 kelvin es igual a 0.
¿QUÉ ES UN SISTEMA TERMODINÁMICO?
Un sistema termodinámico se refiere a un área limitada utilizada para en la investigación termodinámica, y es el objeto de la investigación. El espacio exterior del sistema termodinámico se denomina entorno de este sistema.
Los límites de un sistema separan el sistema de su exterior. Este límite puede ser real o imaginario, pero el sistema debe limitarse a un espacio limitado. El sistema y su entorno pueden transferir materia, trabajo, calor u otras formas de energía en el límite.
¿QUÉ ES UN CICLO TERMODINÁMICO?
Un ciclo termodinámico es un circuito de transformaciones termodinámicas realizadas en uno o más dispositivos destinados a la obtención de trabajo a partir de dos fuentes de calor a distinta temperatura, o de manera inversa, a producir mediante la aportación de trabajo el paso de calor de la fuente de menor temperatura a mayor temperatura.