Fundamentos de Termodinámica: Sistemas, Procesos y Estados de Equilibrio

Fundamentos de Termodinámica

1. Principios Básicos

En cualquier proceso termodinámico o proceso cíclico, la variación de cualquier función de estado es nula. En un ciclo: ΔU = Q - W. La variación es nula, no así la energía interna (ΔEint).

• Energía: Calor + Energía interna.
• Entropía: Función matemática que representa la degradación de la energía.

2. Tipos de Sistemas

• Aislado: No hay intercambio de calor ni materia.
• Cerrado: No hay intercambio de materia entre el sistema y el exterior (masa constante, volumen no necesariamente constante).
• Abierto: Intercambia materia con el exterior.

3. Clasificación de Paredes

• Adiabáticas: Aíslan térmicamente un sistema (no permiten el intercambio de temperatura).
• Diatérmicas: Permiten el intercambio de temperatura.
• Rígidas: Aíslan mecánicamente.
• Elásticas: No aíslan mecánicamente.

4. Propiedades de un Sistema

• Intensivas: Independientes de la cantidad de materia del sistema (ej. presión y temperatura).
• Extensivas: Dependen de la cantidad de materia del sistema (ej. volumen, masa y energía).

5. Equilibrio y Estados

Equilibrio

• Equilibrio térmico: Temperatura igual en todos los puntos del sistema.
• Equilibrio mecánico: Presión igual en todos los puntos del sistema.

Ecuaciones de Estado

• Estado de un sistema: Conjunto de valores de sus propiedades en un instante determinado.
• Función de estado: Magnitud física que se expresa en función de otras dos. El valor de una función de estado solo depende del estado inicial y final, no del camino seguido.
• Nota: Ni el calor ni el trabajo son funciones de estado; la energía interna y la entropía sí lo son.

6. Estados de Equilibrio y Procesos

• Estado estacionario: Sus propiedades no varían con el tiempo.
• Estado de equilibrio termodinámico: Sus propiedades no varían con el tiempo y es un sistema homogéneo.

Transformaciones y Procesos

En estos, los estados inicial y final son de equilibrio:

• Transformación termodinámica: Sucesión de estados (paso de un estado a otro).
• Proceso termodinámico: Formas en las que se puede pasar de un estado a otro.
• Diagrama de estado: Relaciona las propiedades de un sistema con cada punto del plano.
• Transformación reversible: Cuando los estados intermedios son de equilibrio y puede ir espontáneamente de un estado a otro.