Fundamentos de Termodinámica: Conceptos, Leyes y Procesos Energéticos

Conceptos básicos de la termodinámica

La termodinámica es la rama de la física que estudia la energía, la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir trabajo.

Sistemas termodinámicos

• Sistema: Es todo aquello que se aísla químicamente para un estudio científico, limitado por una pared.
• Sistema abierto: Es aquel donde hay transferencia de materia y de energía (por ejemplo, una taza de café).
• Sistema cerrado: Es aquel donde no hay transferencia de masa ni materia, pero sí de energía (por ejemplo, una botella con agua).
• Sistema aislado: Es aquel donde no hay transferencia ni de masa ni de energía (un termo cerrado).

Unidades de medida

La energía siempre se mide en calorías y el trabajo en joules.

Propiedades y funciones

• Variables o propiedades termodinámicas: Son las propiedades macroscópicas, observables y cuantificables de la materia. También se denominan variables de estado, tales como el volumen, la presión, la temperatura, la composición y la densidad; pueden ser intensivas o extensivas.
• Funciones de estado: Una función de estado o variable de estado es una magnitud física macroscópica que caracteriza el estado de un sistema en equilibrio.
• Función de trayectoria: (Definición pendiente).

Procesos químicos

• Proceso endotérmico: Se denomina reacción endotérmica a cualquier reacción química que absorbe energía.
• Proceso exotérmico: Se denomina reacción exotérmica a cualquier reacción química que desprende energía.

Leyes de la termodinámica

• Primera ley (Conservación de la energía): La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma, de manera que la energía permanece constante en el universo.
• Segunda ley: Establece qué procesos de la naturaleza pueden ocurrir o no. De todos los procesos permitidos por la primera ley, solo ciertos tipos de conversión de energía pueden ocurrir.
• Tercera ley: Afirma que no se puede alcanzar el cero absoluto en un número finito de etapas.

Conceptos avanzados

• Ley de Hess: Permite evaluar el cambio de la entalpía de una reacción mediante la suma de ecuaciones conocidas con sus respectivos cambios de entalpía.
• Entalpía: Es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que este puede intercambiar con su entorno. Por ejemplo, en una reacción química a presión constante, el cambio de entalpía del sistema es el calor absorbido o desprendido en la reacción.
• Entropía: En física, es la magnitud termodinámica que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir un trabajo.