TERMODINÁMICA
¿Qué estudia la termodinámica?
La termodinámica es la
parte de la física que estudia las transferencias de calor, la conversión de la
energía y la capacidad de los sistemas para producir trabajo.
Estudia la energía en distintos
procesos
DE
R---------àP
hv
R---------àP
Ee
R---------àP
W
R---------àP
Q
R---------àP
Aplica
a los cambios químicos: Termoquímica o termodinámica química
Reacción
química obedece a dos leyes:
1.
Conservación
de la masa: Lavoisier
Inicial
1 g de A------à 0g de B
Final 0g de
A-----à 1 g de B
2.
Ley de la
conservación de la energía----à primer principio
de la ley de la termodinámica
La energía no
se crea ni se destruye
Las leyes de la termodinámica
Las leyes de la termodinámica
explican los comportamientos globales de los sistemas macroscópicos en
situaciones de equilibrio.
Las
leyes de la termodinámica son principios empíricos que no se pueden demostrar
por estar basados en la experiencia y no en razonamientos teóricos. Están
referidos a sistemas en estado de equilibrio. Son cuatro, aunque los más
importantes son el primero y el segundo:
Se
basa en 4 postulados fundamentales o axiomas
1.
Principio cero de la termodinámica
2. Primer
principio (primera ley) de la termodinámica:
segundo que se descubrió.
3. Segundo principio (segunda ley) de la
termodinámica: primero que se descubrió.
4.
Tercer principio de la
termodinámica
Componentes de un sistema termodinámico
 |
Sistema
El
sistema es la parte del universo que vamos a estudiar. Por ejemplo, un gas,
nuestro cuerpo o la atmósfera son ejemplos de sistemas que podemos estudiar
desde el punto de vista termodinámica
El sistema es
una porción del universo que se va estudiar
Frontera o paredes del sistema
A
través de ellas se comunica el sistema con el entorno. Existen los
siguientes tipos:
Entorno o ambiente
Todo
aquello que no es sistema y que se sitúa alrededor de él, se denomina ambiente
o entorno. Los sistemas interaccionan con el entorno transfiriendo masa,
energía o las dos cosas.
Criterio de signos en termodinámica
1.- CRITERIO DE LA IUPAC (International Union
of Pure and Applied Chemistry). Se considera positivo todo lo que aumenta la energía del
sistema, es decir, calor recibido y trabajo recibido
Positivo (+), para el trabajo y el calor que entran al
sistema e incrementan la energía interna.
Negativo (-), para el trabajo y el calor que salen del
sistema y disminuyen la energía interna.
2.- CRITERIO TRADICIONAL:
Se considera positivo el calor
recibido por el sistema y el trabajo que realiza el sistema sobre el
entorno. Este criterio es útil en el estudio de máquinas térmicas en el que
interesa que el trabajo realizado por las máquinas (el sistema) sea positivo.
SISTEMAS TERMODINÁMICOS
Sistemas
termodinámicos se clasifica en:
FUNCIÓN DE SU
CAPACIDAD PARA TRANSFERIR MATERIA Y ENERGÍA:
TIPOS DE
SISTEMAS:
Abiertos,
cerrados, aislados y adiabático
Los sistemas suelen intercambiar
materia, energía e información con el entorno. Teniendo en cuenta los
intercambios con el entorno del sistema que estudiamos, distinguimos tres tipos
de sistemas:
Sistemas
Abiertos:
son sistemas con
intercambio de materia y energía. A estos corresponden los sistemas
naturales como charcas, lagos, bosques.
Sistema Cerrado: hay
entrada y salida de energía pero no de materia.
La pregunta ¿La Tierra es
un sistema cerrado o abierto? Se Podría
considerar como un sistema cerrado, ya que prácticamente no entra materia (se
escapan algunos gases al espacio y del espacio entra meteoritos, pero la
materia que entra y sale es despreciable a efectos globales).
Sistema Aislado: no entra ni sale materia ni energía. No existen en el universo los sistemas totalmente
aislados, se consideran casos de abstracción en períodos determinados de
tiempo. Se suponen en equilibrio termodinámico.
Sistema Adiabático: no entra ni sale materia ni calor pero si energía en forma de trabajo.
La
principal característica que define un sistema adiabático es que no hay
intercambio de calor entre el sistema y los alrededores.
Un
proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isentrópico.
El
extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor,
causando que la temperatura permanezca constante, se denomina proceso
isotérmico.
En
este punto cabe destacar que temperatura no es lo mismo que calor, así que el
hecho de que la temperatura sea constante no necesariamente implica que no
exista intercambio de calor, sino simplemente alguna forma de equilibrio
térmico.
Tipo
|
Intercambia
|
Ejemplo
|
Abierto
|
Masa y energía (trabajo o calor)
|
Reacción química en tubo de ensayo abierto
|
Cerrado
|
Sólo energía
|
Radiador de calefacción
|
Aislado
|
Ni materia ni energía: TEORICOS en la realidad siempre
hay una variación
|
Termo para mantener bebidas a temperatura
constante
|
Adiabático
|
Ni materia ni calor, pero si energía en forma de
trabajo
|
Termo con tapa que permita variar volumen
|
POR EL ESTADO
DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA
SISTEMA HOMOGÉNEO todos los componentes están en el mismo
estado de agregación
CH4
gaseoso + O2 gaseoso--àCO2 (g)
+ 2H2O (g)
SISTEMA HETEROGÉNEO (distinto) Donde hay dos o
más fases
MgCO3 (s) --à
MgO (s) + CO2(g)
Carbonato de
magnesio
gracias profesor
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