Fundamentos de Sistemas, Estados y Procesos Termodinámicos

Sistemas, estados y procesos termodinámicos

Definición de sistema termodinámico

El término sistema se refiere a una cantidad de materia encerrada por fronteras o superficies; no es necesario que las fronteras de un sistema tengan una forma definida. Por lo normal, consideramos sistemas de masa constante. Un aspecto fundamental es el intercambio de energía entre un sistema y su entorno, el cual se efectúa mediante transferencia de calor o trabajo mecánico.

Si es imposible transferir calor entre un sistema y su entorno, se denomina sistema térmicamente aislado. Es posible efectuar trabajo sobre un sistema así, lo cual implica una transferencia de energía, ya que el trabajo es una forma de transferir energía.

Ecuaciones de estado

Existen ecuaciones de estado para describir las condiciones de los sistemas termodinámicos. Una ecuación de este tipo expresa las condiciones de un sistema, como la ley de los gases ideales: pV = nRT.

• En el caso de un gas ideal, un conjunto de tres variables (p, V y T) especificará totalmente su estado, siempre que el sistema esté en equilibrio térmico y tenga una temperatura uniforme.
• En un diagrama p-V, cada coordenada proporciona directamente la presión, el volumen y la temperatura.

Clasificación de los procesos termodinámicos

Un proceso es cualquier cambio en el estado de un sistema. Estos se clasifican en:

1. Procesos irreversibles

Un sistema de gas en equilibrio se expande rápidamente cuando se reduce la presión a la que está sometido. El estado del sistema cambiará de forma veloz, pero volverá a un estado de equilibrio distinto. Este proceso es irreversible; esto no implica que el sistema no pueda volver al estado inicial, solo significa que no es posible regresar por el mismo camino.

2. Procesos reversibles

Si el gas cambia de estado muy lentamente, de modo que pasa de un estado de equilibrio a otro cercano hasta llegar al estado final, conociendo el camino, decimos que es reversible.

En la práctica, no es posible tener un proceso perfectamente reversible. Los procesos son irreversibles en mayor o menor grado, y los caminos reales son más complejos, involucrando muchos estados que no están en equilibrio.