Termodinámica: principios, características y aplicaciones

Termodinámica

La termodinámica estudia los fenómenos relacionados con las transferencias de energía entre un sistema y su entorno.

Principios de la Termodinámica

1. Principio cero: Define el equilibrio térmico y la temperatura. Se estudia con un termómetro que mide la dilatación.
2. Primer principio: Establece la equivalencia entre calor, trabajo y conservación de la energía.
3. Segundo principio: Determina la dirección en que ocurren los procesos termodinámicos. Introduce la entropía, establece que la energía del universo es constante y que la entropía del universo tiende a un máximo.
4. Tercer principio: Fija el límite de la temperatura termodinámica y la entropía.

La termodinámica estudia las relaciones entre calor y trabajo, y trata cualquier fenómeno físico desde el punto de vista de los cambios energéticos, abarcando todos los campos de la física.

Características de la Termodinámica

• Se basa en principios que se admiten con más de una demostración.
• Ningún principio se puede validar matemáticamente, solo con demostraciones.
• Estudia el sistema desde un punto de vista macroscópico (obvia la estructura de la materia).

Conclusión

La termodinámica es una disciplina fenomenológica que estudia los fenómenos que ocurren en los sistemas de forma macroscópica, en función de propiedades físicas observables y medibles. No realiza hipótesis sobre la configuración última de la materia y sus principios son independientes de una imagen molecular. Es una rama fundamental de la física y ningún fenómeno físico puede ir en contra de sus tres principios.

Clasificación de sistemas termodinámicos

• Sistemas homogéneos: Sus propiedades físicas y químicas son iguales en todo el sistema.
• Sistemas heterogéneos: Están formados por subsistemas homogéneos con propiedades distintas.

Variables termodinámicas

Son magnitudes macroscópicas observables que, de forma conjunta, definen completamente el estado termodinámico del sistema.

• Extensivas: Su valor depende de la masa del sistema.
• Intensivas: Su valor no depende de la masa del sistema.

Equilibrio termodinámico

Un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico cuando no hay intercambio neto de materia (equilibrio químico), trabajo (equilibrio mecánico) ni calor (equilibrio térmico) con su entorno.

Punto crítico

Es el límite donde las densidades del líquido y del vapor son iguales. Por encima de este punto, no se puede condensar un gas. Se identifica con las propiedades críticas de estado.

• Parámetro a: Representa las atracciones moleculares (atracción entre moléculas separadas, repulsión).
• Parámetro b: Representa el volumen ocupado por las moléculas.

Ecuación de Van der Waals

Es una ecuación cúbica con respecto al volumen y al número de moles. Todas las ecuaciones presentan un punto de inflexión cuyas coordenadas representan el punto crítico. Esta ecuación modifica la ecuación de los gases ideales teniendo en cuenta el volumen ocupado por las moléculas y las atracciones moleculares.

Procesos termodinámicos

• Isotérmico (Tcte): Se realiza a temperatura constante.
• Isocórico (Vcte): Se realiza a volumen constante.
• Isobárico (Pcte): Se realiza a presión constante.
• Adiabático (Q=0): No hay intercambio de calor con el entorno.

Proceso cuasiestático

Un proceso cuasiestático es aquel en el que los estados intermedios son todos de equilibrio. Si se puede invertir, se dice que es reversible. La diferencia entre un proceso cuasiestático y uno reversible es la posibilidad de histéresis.

Proceso reversible = Proceso cuasiestático + Ausencia de histéresis

Proceso irreversible

En un proceso irreversible (real), hay flujo de calor entre temperaturas distintas hasta que se igualan.

Proceso reversible

ES PROCESO CUASIESTATICO DONDE NO HAY HESTÉRESIS./ Irreversible(real) flujo de calor entre temp.distintas hasta que sean iguales. Reversible(ideal) 1.Intercambio calor sin variar temp. 2- Al reves