Conceptos Fundamentales de la Termodinámica: Propiedades, Funciones y Procesos

Conceptos Fundamentales de la Termodinámica

Se definen las propiedades de un sistema en función de su naturaleza:

• Propiedades Intensivas (P, T, Hesp, Vesp): Corresponden a una intensidad (Intensiva V, dens).
• Propiedades Extensivas (Eint): Corresponden a una extensión (extensiva).

Propiedades de un Sistema

Se clasifican según su dependencia de la posición y velocidad:

• Internas: Independientes de su posición y velocidad.
• Externas: Determinan la condición mecánica del sistema.

Interacciones del Sistema

Las interacciones principales son:

• Térmica: Hay intercambio de energía en forma de Q (Calor).
• Mecánica: Intercambio de energía en forma de W (Trabajo).
• Másica: El sistema intercambia materia con el exterior.

Función de Estado

Magnitud física que se expresa en función de otras dos.

Variables que NO son Funciones de Estado

• Q (Calor) y W (Trabajo).

Variables que SÍ son Funciones de Estado

• Eint (Energía Interna) y H (Entalpía, implícito).

Estados del Sistema

Estado Estacionario

Sus propiedades no varían con el tiempo.

Estado de Equilibrio Termodinámico

Es un sistema homogéneo y sus propiedades son constantes.

Procesos de Expansión

Libre Expansión

Ocurre si $F_i > F_e$ (La Fuerza interna es positiva respecto a la Fuerza de expansión). Los estados intermedios no son de equilibrio.

Máxima Libre Expansión

Se da cuando $F_e = 0$.

Expansión Resistida

Ocurre si $F_i = F_e$.

Diagramas y Transformaciones

Diagrama de Estado

Relaciona las propiedades de un sistema con cada punto del plano.

Transformación Reversible

Cuando los estados intermedios son de equilibrio.

Proceso Termodinámico

Formas en las que puede realizarse una transformación termodinámica.

Detalles de Energía y Trabajo

Energía Interna ($E_{int}$)

Energía que posee un sistema una vez descontadas su Energía Cinética ($E_c$) y Energía Potencial ($E_p$).

Propiedad Extensiva

La energía mecánica no depende de los movimientos microscópicos, sino de la naturaleza microscópica, posición y movimiento de sus moléculas.

Calor y Trabajo: Energías de Transmisión

Cuando llegan a un sistema, no se distinguen.

Trabajo ($W$)

Transmisión de energía de forma organizada durante la cual la partícula realiza un movimiento.

Calor ($Q$)

Movimiento caótico de las partículas. La velocidad media de las partículas tiene la misma energía que va del foco caliente al frío.

Si un cuerpo cede $Q$, su $E_{int}$ disminuye (es negativa).

Transformación de $W$ en $Q$

El sistema recibe $W$, lo transforma en $E_{int}$ y entrega calor.

Experimento de Joule

JOULE demostró que la $E_{int}$ de un gas depende exclusivamente de la temperatura. (Nota: Esto es una simplificación histórica; la dependencia real es más compleja, pero se refiere a la relación fundamental).

Implicaciones del Trabajo en Sistemas Aislados

• En un sistema aislado, el trabajo de $A \to B$ es independiente del camino.
• En un sistema que evoluciona de un estado a otro, $Q + W$ que entran es independiente del camino.

Tipos de Trabajo

Trabajo Útil

Trabajo que recibirá un receptor mecánico.

Trabajo Efectivo

El trabajo que queda después de destruirse el rozamiento.

Un proceso con $A$ positivo (aumento de temperatura) es generalmente irreversible.