La Termodinámica
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La termodinámica es la rama de la física y química clásicas que estudia y describe las transformaciones termodinámicas inducidas por el calor al trabajo y viceversa en un sistema termodinámico , como resultado de procesos que involucran cambios en las variables de estado temperatura y energía .
El Diccionario de la lengua española de la Real Academia, define la termodinámica como la rama de la física encargada del estudio de la interacción entre el calor y otras manifestaciones de la energía
Un "sistema termodinámico" es cualquier parte del universo en la que uno está interesado como objeto de investigación (la parte restante del universo se define como el medio ambiente ). Esta porción de espacio está separada del resto del universo, es decir, del entorno externo, mediante una superficie de control (superficie real o imaginaria, rígida o deformable), y es el asiento de transformaciones internas e intercambios de materia o energía con el medio ambiente externo. Estos mismos intercambios provocan, por tanto, la transformación del sistema, ya que pasa de una condición de partida a otra diferente.
La termodinámica clásica se basa en el concepto de sistema macroscópico , es decir, una porción de masa separada física o conceptualmente del entorno externo, que por conveniencia a menudo se supone que no se ve perturbada por el intercambio de energía con el sistema ( sistema aislado ): el estado de un sistema macroscópico que se encuentra en una condición de equilibrio se especifica mediante cantidades denominadas variables termodinámicas o funciones de estado tales como temperatura , presión , volumen y composición química . Las principales notaciones en termodinámica química fueron establecidas por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada .
Sin embargo, existe una rama de la termodinámica, denominada termodinámica de no equilibrio , que estudia los procesos termodinámicos caracterizados por la imposibilidad de alcanzar condiciones de equilibrio estable.
Los intercambios de masa o energía pueden tener lugar en forma de calor o trabajo. Estos dos conceptos no son propiedades intrínsecas del sistema, pero existen cuando interactúa con el medio, es decir, intercambia energía con el exterior. Entonces, un sistema no tiene calor ni trabajo, sino energía; Cualquier variación de energía se puede expresar en términos de calor , si el paso de energía se debe a una diferencia de temperatura entre el medio ambiente y el sistema, y trabajo (para cualquier variación de energía que no se deba a la diferencia de temperatura, tal como una fuerza mecánica que provoca un desplazamiento, una transferencia de energía eléctrica o elástica).
Se pueden distinguir varios tipos de sistemas, según la forma de intercambio de energía con el exterior:
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sistemas abiertos : intercambian energía ( calor y trabajo ) y masa con el medio ambiente.
sistemas cerrados : intercambian energía, pero no masa con el medio.
sistemas aislados : no intercambian ni energía ni masa con el medio ambiente; Por tanto, el universo es por definición un sistema aislado, ya que no existe un "entorno externo" de referencia con el que intercambiar masa o energía.
En un sistema aislado, una transformación también puede tener lugar no a través de intercambios de masa o energía, sino a través de sus fluctuaciones .
Los bordes de los sistemas termodinámicos, y por tanto los propios sistemas, se pueden clasificar de la siguiente manera:
Basado en el intercambio de calor en:
Sistemas adiabáticos , si no permiten el intercambio de calor;
Sistemas diatérmicos, si lo permiten;
Basado en la bolsa de trabajo en:
Bordes rígidos, si no permiten el intercambio de trabajo;
Bordes deformables (o móviles), si lo permiten;
Basado en el intercambio de masas en:
Bordes permeables, si permiten el paso de alguna especie química.
Bordes semipermeables, si permiten el paso de algunas especies químicas.
Bordes impermeables, si no permiten el paso de ninguna especie química.
Un sistema abierto tiene bordes permeables o semipermeables, diatérmicos y deformables. Un sistema aislado tiene bordes impermeables, rígidos y adiabáticos.
el primer principio es un principio de conservación de energía . En toda máquina térmica una determinada cantidad de energía se transforma en trabajo: no puede haber máquina que produzca trabajo sin consumir energía. Una máquina así, si existiera, produciría de hecho el llamado movimiento perpetuo del primer tipo .
El primer principio se establece tradicionalmente como:
La variación de la energía interna de un sistema termodinámico cerrado es igual a la diferencia entre el calor suministrado al sistema y el trabajo realizado por el sistema sobre el medio ambiente .
La segunda ley de la termodinámica es un principio de la termodinámica según el cual muchos eventos termodinámicos, como el paso de calor de un cuerpo caliente a uno frío, son irreversibles. A diferencia de otras leyes físicas como la ley de la gravitación universal o las ecuaciones de Maxwell, el segundo principio está fundamentalmente relacionado con el tiempo.
El tercer principio de termodinámica, más adecuadamente postulado de Nernst, afirma que no se puede alcanzar el cero absoluto en un número finito de etapas. Sucintamente, puede definirse como:
Al llegar al cero absoluto, 0 K, cualquier proceso de un sistema físico se detiene.
Al llegar al cero absoluto la entropía alcanza un valor mínimo y acelerado.
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