Termodinámica: Principios, Conceptos Clave y Aplicaciones

Conceptos Fundamentales de la Termodinámica

Equilibrio Térmico

El equilibrio térmico se produce cuando dos cuerpos que están en contacto alcanzan la misma temperatura. Para entender este concepto, es importante conocer dos tipos de superficies:

• Superficie adiabática: No permite el paso de energía térmica.
• Superficie diatérmana: Permite el intercambio de energía por medio de calor.

Principios de la Termodinámica

• Principio Cero de la Termodinámica: Si dos sistemas, A y B, están en equilibrio térmico con un tercer sistema, C, entonces A y B están en equilibrio térmico entre sí.
• Primer Principio de la Termodinámica: Un sistema cerrado puede intercambiar energía con su entorno en forma de trabajo y de calor, acumulando energía interna. Se expresa como: ΔU = Q + W.
• Segundo Principio de la Termodinámica: La entropía del universo siempre tiende a aumentar.
• Tercer Principio de la Termodinámica: La entropía de un sistema se aproxima a un valor constante a medida que la temperatura se acerca al cero absoluto.

Termodinámica: Definición y Tipos de Sistemas

La termodinámica es la ciencia que estudia las transferencias energéticas y sus efectos sobre la materia. Existen tres tipos de sistemas termodinámicos:

• Abiertos: Intercambian materia y energía con su entorno.
• Cerrados: Intercambian energía, pero no materia.
• Aislados: No intercambian ni materia ni energía.

Formas de Transferir Energía

• Trabajo: Energía que se transfiere cuando se aplica una fuerza a un cuerpo y se produce un desplazamiento. Se mide en julios (J). Se calcula como: W = PΔV = -P(Vf - Vi).
• Calor: Energía que se transfiere del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura. Equivalencia: 1 Julio = 0,24 calorías.

Cálculo del Calor

• Sin Cambio de Estado (C.E.): Q = m * ce (calor específico: cantidad de calor necesario para que 1 kg de una sustancia aumente su temperatura en 1 K).
• Con Cambio de Estado: Q = m * L (calor latente: cantidad de calor necesario para que 1 kg de una sustancia cambie de estado. Se mide en J/kg).

Dilatación Térmica

La dilatación térmica es el aumento en las dimensiones de los cuerpos al incrementar su temperatura.

Temperatura

La temperatura es una magnitud que mide el grado de agitación térmica de las partículas de un cuerpo. Se mide en Kelvin (K).

Entropía (ΔS)

La entropía mide el grado de desorden de un sistema.

Entalpía (ΔH)

La entalpía es el calor absorbido o desprendido durante una reacción química a presión constante. Se puede calcular de dos formas:

• A partir de las energías de enlace: En una reacción química, se rompen unos enlaces y se forman otros, reorganizándose los átomos. ΔHr = Σ(energía enlaces rotos) - Σ(energía enlaces formados).
• A partir de las entalpías de formación: ΔHr = Σn * ΔHf (productos) - Σn * ΔHf (reactivos).

Ley de Hess

La Ley de Hess permite calcular la entalpía de una reacción a partir de la suma de las entalpías de reacciones intermedias.

Espontaneidad (ΔG)

La espontaneidad de una reacción, también conocida como energía libre de Gibbs, indica si una reacción ocurre sin necesidad de un aporte de energía externo. Se calcula como: ΔG = ΔH - T(ΔS * 10^-3).