Fundamentos de Termodinámica y Energía: Conceptos Clave y Leyes Esenciales

Conceptos Fundamentales de Energía y Termodinámica

Definiciones Clave

• Termodinámica: Estudia la acción dinámica del calor y las restantes formas de energía.
• Energía: Capacidad que tiene la materia de producir trabajo en forma de luz, movimiento, calor, etc.
• Energía Mecánica: Se obtiene de la posición y el movimiento de un cuerpo.
• Energía Radiante: Energía que se propaga en el espacio en forma de ondas electromagnéticas.
• Energía Nuclear: Forma de energía potencial que procede o se libera del núcleo de los átomos.
• Energía Térmica: Se manifiesta en forma de movimiento aleatorio de los átomos, iones o moléculas de un cuerpo.

Leyes Fundamentales de la Termodinámica

Ley Cero de la Termodinámica

Tiene relación directa con el equilibrio térmico que alcanzan dos o más cuerpos que se encuentran a diferentes temperaturas cuando se ponen en contacto. Establece que: "Dos cuerpos en equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio térmico entre sí (es decir, los tres tienen la misma temperatura)".

Primera Ley de la Termodinámica

Establece una relación estrecha entre el calor (q) y el trabajo (w) intercambiados entre un sistema y los alrededores a través de una importante variable denominada energía interna. La energía interna es una energía almacenada que está constituida por la energía cinética y potencial de sus moléculas, átomos y partículas subatómicas. Esta ley es también conocida como la ley de conservación de la energía, que postula que la energía puede convertirse de una forma a otra, pero no se puede crear ni destruir.

Tipos de Sistemas Termodinámicos

• Sistema Abierto: Aquel sistema que, en su frontera, permite la transferencia de masa y de energía.
• Sistema Cerrado: Aquel sistema en que su frontera no permite la transferencia de masa, pero sí de energía.
• Sistema Aislado: Aquel que, en su frontera, no permite la transferencia ni de masa ni de energía.

Conceptos Adicionales en Termodinámica

Relación entre la Energía Interna y la Temperatura

El cambio de temperatura de un sistema nos indica que su energía interna se modificó debido a que ganó o perdió energía en forma de calor o en forma de trabajo.

Estado de un Sistema y Funciones de Estado

• Estado de un Sistema: Conjunto de valores de todas sus variables termodinámicas microscópicas importantes que lo definen o caracterizan con precisión.
• Funciones de Estado: Variables termodinámicas macroscópicas cuyo valor numérico no depende del camino seguido, sino del estado inicial y final del sistema.

Funciones de Trayectoria

Dependen del camino o recorrido seguido durante un proceso.

Procesos Termodinámicos

Se entiende como la transformación o cambio de un sistema de un estado de equilibrio inicial a otro final, cuando al menos una variable termodinámica se modifica.