Fundamentos de la Termodinámica: Conceptos Clave y Leyes Esenciales

Fundamentos de la Termodinámica

La Termodinámica es la ciencia que estudia las transformaciones de la energía, fundamentalmente las leyes que regulan su conversión térmica. Su nombre proviene de: termo (calor) y dinámica (fuerza).

Los cambios estudiados por la termodinámica son: temperatura, presión y volumen.

Sistemas Termodinámicos

Un sistema termodinámico es una porción del universo que se aísla para su estudio. Se clasifican en:

• Sistema Cerrado

  Es el sistema que solo puede intercambiar energía con su entorno, pero no materia.

• Sistema Aislado

  Es el sistema que no puede intercambiar materia ni energía con su entorno.

• Sistema Abierto

  Es el sistema que puede intercambiar materia tanto como energía con su entorno.

Propiedades de Estado

Las propiedades de estado son magnitudes físicas evaluables de un sistema, es decir, medibles. Solamente pueden ser clasificadas como propiedades aquellas características del sistema que no dependen de la forma en que fueron adquiridas. Las propiedades pueden ser extensivas o intensivas.

• Propiedades Extensivas

  Son aquellas que dependen del tamaño del sistema.

• Propiedades Intensivas

  Son aquellas que son propias del sistema, es decir, no dependen del tamaño de este. Si un sistema se divide en dos partes, una propiedad intensiva mantiene el mismo valor en cada parte que poseía en el total. Son independientes del tamaño.

Variables Termodinámicas

Las variables termodinámicas son las magnitudes que se estiman necesarias o convenientes especificar para dar una descripción macroscópica del sistema. La mayoría de estas magnitudes provienen de otras ramas físicas.

Las variables termodinámicas fundamentales son:

• La concentración
• La presión
• El volumen
• La temperatura
• La energía interna
• La entropía

Además de estas, en termodinámica encontramos variables de estado derivadas de estas fundamentales, como la entalpía, la energía libre de Helmholtz y la energía libre de Gibbs.

Leyes de la Termodinámica

Primera Ley de la Termodinámica

También conocida como Principio de Conservación de la Energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o si este intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambia.

Primer Principio Termodinámico: Ley de Lavoisier: "La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma".

Segundo y Tercer Principio de la Termodinámica

• Entropía

  Una magnitud física que permite, mediante cálculo, determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo.

• Entalpía

  La variación de esta expresa la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno.

Condiciones relacionadas con la energía libre de Gibbs (∆G) y entalpía (∆H):

• ∆G < 0: Espontáneo
• ∆H < 0: Libera calor (exotérmico)
• ∆U = ∆H
• Espontáneo: Su entropía es mayor que 0.

Más detalles sobre ∆G: Energía Libre de Gibbs:

• ∆G < 0: Espontáneo
• ∆G > 0: No Espontáneo
• ∆H < 0: Libera calor (exotérmico)
• ∆H > 0: Absorbe calor (endotérmico)
• ∆U = ∆H
• Espontáneo: Su entropía es mayor que 0.

Tercera Ley de la Termodinámica

La cantidad de entropía del universo tiende a incrementarse en el tiempo.