Fundamentos Esenciales de la Termodinámica: Conceptos Clave y Principios

Termodinámica: Definiciones y Principios Fundamentales

La termodinámica es la parte de la física que estudia los fenómenos en los que interviene la temperatura y se producen intercambios de energía en forma de calor y trabajo.

Conceptos Básicos del Sistema

Sistema Termodinámico (SIST. TERMODIN.)

Conjunto de objetos que se considera como una unidad y que intercambia energía en forma de calor o de trabajo con su entorno.

Estado de un Sistema Termodinámico

Conjunto de valores que toman las magnitudes físicas que caracterizan al sistema (STS) en un instante dado.

Variables de Estado

Conjunto de magnitudes independientes cuyo valor define completamente el estado de un sistema.

Ecuación de Estado

Ecuación que relaciona las variables de estado, de manera que si cambia el valor de una de ellas, se altera el valor de las demás.

Procesos y Equilibrios

Proceso Termodinámico

Evolución del sistema con modificación de los parámetros que lo caracterizan como consecuencia de su interacción con el entorno. Estas transformaciones llevan al sistema de un estado a otro.

Tipos de Equilibrio

• Equilibrio Químico: Cuando su composición química no varía en el tiempo.
• Equilibrio Térmico: La temperatura no varía con el tiempo.
• Equilibrio Mecánico: No hay movimientos macroscópicos de materia ni en el interior ni en las paredes de separación con el exterior como consecuencia de una fuerza no compensada.
• Equilibrio Termodinámico: Está en equilibrio químico, térmico y mecánico; es decir, sus variables de estado no se modifican con el paso del tiempo.

Energía y Principios

Gas Ideal

Gas teórico compuesto de un conjunto de partículas puntuales con desplazamiento aleatorio que no interactúan entre sí.

Energía Interna

Suma de las energías cinéticas de todas sus partículas más la de las energías potenciales de interacción entre ellas. No incluye la energía potencial debida a la interacción entre el sistema y su entorno.

Primer Principio de la Termodinámica

Cuando un sistema termodinámico experimenta un proceso, la diferencia entre el calor que se le comunica y el trabajo que desarrolla se emplea en variar su energía interna.

Clasificación de Procesos

Proceso Irreversible

Procesos que ocurren espontáneamente en un sentido, pero no en sentido contrario. Todos los procesos reales lo son.

Proceso Reversible

Una vez realizado, es posible devolver al sistema a su estado inicial, pasando todas las interacciones con el entorno sin que quede ningún efecto del proceso. Requiere velocidad lenta y variación de presión (P), temperatura (T) y densidad bajas.

Ciclo de Carnot y Rendimiento

Máquina Térmica con Mayor Rendimiento Posible: El Ciclo de Carnot

El ciclo de Carnot describe la máquina térmica con el mayor rendimiento posible. Sus características son:

• Utiliza gas perfecto.
• Todas las etapas son reversibles.
• El aporte de calor (Qc) se realiza a temperatura constante (cte).
• La cesión de calor al foco frío (Qf) se realiza a temperatura constante (cte).
• Los cambios de temperatura de la sustancia tienen lugar adiabáticamente.