Para una descripción completa del sistema también se necesita una descripción del contorno (los límites), y de las interacciones que este permite con el entorno. Los contornos pueden permitir el paso de materia y energía.
Sistema aislado: no intercambia energía ni masa con su entorno.
Sistema cerrado: solo puede intercambiar energía.
Sistema abierto: puede intercambiar materia y energía.
Sistema móvil/rígido: las paredes permiten o no transferir energía en forma de trabajo mecánico.
Sistema diatérmico: transferencia de calor sin trabajo.
Sistema abiabático: no hay transferencia de calor por las paredes.
Sistemas en contacto térmico, permeables, en contacto dilusivo,etc.
Parámetros termodinámicos: variables termodinámicas que describen el macro estado del sistema.
Los macroestados se pueden describir en términos de un pequeño numero de variables de estado. (Ej: macroestado de un gas: masa, presión y volumen lo describen totalmente)
Variables intensivas: independientes de la masa (ej: temperatura)
Variables extensivas: proporcionales a la masa (ej: energía interna)
Cantidades específicas: expresadas por unidad de masa.
Cantidades molares: expresadas por mol. (EJ: Capacidad calorífica específica y molar)
Un sistema está en equilibrio termodinámico cuando sus variables de estado son constantes a escala macroscópica.
No se requiere que los parámetros termodinámicos sean estrictamente independientes del tiempo.
Los parámetros termodinámicos son promedios macroscópicos del movimiento microscópico, por tanto habrá fluctuaciones. El valor relativo de estas fluctuaciones es casi despreciable en sistemas macroscópicos, excepto cerca de las transiciones de fase.
Sistema homogéneo: los parámetros intensivos son los mismos en todo el sistema.
Sistema inhomogéneo: uno o mas de los parámetros intensivos presenta variaciones espaciales. Un sistema inhomogéneo puede estar formado por distintas fases, separadas por contornos de fase, de forma que cada fase sea homogénea. (EJ: En el punto triple del agua coexisten hielo, agua y vapor de agua.)
Los contornos pueden ser arbitrarios, pero la termodinámica sigue siendo válida.
Ecuación de estado: es una relación funcional entre los parámetros de un sistema en equilibrio.
Un estado de un sistema descrito por los parámetros p,V y T tendrá una ecuación de estado f[p,V,T]=0, y por tanto reduce en uno el número de variables independientes.
Esta ecuación describe una superficie, la superficie de equilibrio.
Un estado de equilibrio puede ser representado por un punto en esta superficie.Un punto fuera de ella es un estado de no-equilibrio.
Diagrama de estado: una proyección de una curva en la superficie de estado. (ej: diagrama P-V
Superficie de equilibrio para un gas ideal con número fijo de partículas. U 3 2 p V
LEYES DE LA TERMODINÁMICA LEY CERO (O PRINCIPIO CERO) DE LA
TERMODINÁMICA:
Si dos sistemas están por separado en equilibrio con un tercero, entonces también deben estar en equilibrio entre ellos. Si tres o mas sistemas están en contacto térmico y todos juntos en equilibrio, entonces cualquier par está en equilibrio por separado. El concepto de temperatura se basa en este principio cero.
PRIMER LEY DE LA TERMODINÁMICA
Es una adaptación para la termodinámica de la ley de conservación de la energía. Se define la energía interna del sistema, E, como su energía respecto del SR del centro de masa.
El trabajo necesario para cambiar el estado de un sistema aislado depende únicamente de los estados inicial y final, y es independiente del método usado para realizar el cambio.
Por tanto, existe una función de estado que identificamos como la energía interna. El trabajo realizado sobre el sistema es W. Por tanto, el cambio de la energía interna durante una transformación adiabática es ∆ E = W.
El sistema también puede variar su energía sin realizar trabajo mecánico, se transfiere de otra forma, como calor.
Definición de calor: La cantidad de calor Q absorbido por un sistema es el cambio en su energía interna que no se debe al trabajo.
La conservación de energía será: ∆ E = Q + W.
Si realizamos variaciones cuasiestáticas (p.ej., de volumen) escribiremos: δ W = - p dV.
Si movemos el pistón muy rápido el gas no hará trabajo sobre el pistón y δ W → 0 aunque varíe el volumen.
Usamos d para una diferencial (propia) que depende sólo del cambio de estado. Usamos δ para indicar una diferencial (impropia) que también depende del proceso usado para cambiar el estado. Por tanto se escribe:
d E = δ Q + δ W.
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA:
La base de esta ley es el hecho de que si mezclamos partes iguales de dos gases nunca los encontraremos separados de forma espontánea en un instante posterior.
Enunciado de Clausius: No hay ninguna transformación termodinámica cuyo único efecto sea transferir calor de un foco frío a otro caliente.
Enunciado de Kelvin: No hay ninguna transformación termodinámica cuyo único efecto sea extraer calor de un foco y convertirlo totalmente en trabajo.
La segunda ley proporciona la base para el concepto termodinámico de entropía
Principio de máxima entropía: Existe una función de estado de los parámetros extensivos de cualquier sistema termodinámico, llamada entropía S, con las siguientes propiedades:
1. los valores que toman las variables extensivas son los que maximizan S consistentes con los parámetros externos,
2. la entropía de un sistema compuesto es la suma de las entropías de sus subsistemas. (2º y 3º postulados de Callen)
No hay comentarios.:
Publicar un comentario