Termodinámica.

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PROPIEDADES DE UN SISTEMA:

Son las características físicas, químicas o termodinámicas que tiene el sistema en un instante dado y que pueden observarse directamente o determinarse experimentalmente. Por ejemplo la presión, el volumen, la temperatura, el número de moléculas, la tensión superficial, el contenido energético. La velocidad, aceleración, momento de inercia, carga eléctrica, conductividad (térmica o eléctrica), fuerza electromotriz, esfuerzo, viscosidad, reflexividad, número de protones, etc., son ejemplos de propiedades. El concepto de propiedad es de gran importancia en la termodinámica porque una propiedad define al sistema, lo ubica en cierta condición y los cambios de propiedad permiten observar el cambio de condición. Las propiedades, de acuerdo con sus características pueden ser:

PROPIEDADES EXTENSIVAS:

Son aquellas que dependen de la cantidad de materia que existe en un sistema, por ejemplo el volumen, el calor, todas las formas de energía como la energía interna, la entropía, entalpía.

PROPIEDADES INTENSIVAS:

Son aquellas que no dependen de la cantidad de materia contenida en un sistema, por ejemplo, la presión, la temperatura, densidad, tensión superficial, volumen específico.

Para comprender mejor este concepto, imaginese un sistema con sus propiedades bien definidas, si este sistema se divide en dos partes iguales, cada parte tendrá el mismo valor en sus propiedades intensivas, la misma temperatura, la misma densidad, pero tendrá la mitad del valor de las propiedades extensivas, es decir, la mitad de la masa, la mitad del volumen, la mitad de la energía.

ESTADO TERMODINÁMICO:

Es toda aquella situación en la que las propiedades de un sistema tienen un valor definido en un instante dado. El concepto de estado es la base de los cálculos en termodinámica porque reflejan las características macroscópicas del sistema.

CAMBIO DE ESTADO:

Es aquel cambio que ocurre debido a la variación de una o más de las propiedades de un sistema, partiendo de un estado inicial conocido para llegar a un estado final también conocido.

PROCESO:

Es todo cambio que ocurre en la naturaleza, se dice que ocurre un proceso cuando varía una o más de las propiedades del sistema, o cuando hay uno o más cambios de estado. Un proceso se detiene cuando se alcanza el estado de reposo o de equilibrio con los alrededores. En los procesos reales intervienen cambios en todas o casi todas las propiedades, pero para facilitar su aplicación, la termodinámica se estudia mediante modelos ideales en los que una de las propiedades con frecuencia permanece constante.

Para describir completamente un proceso debe definirse su estado inicial y final y la trayectoria o camino seguido por el mismo, la TRAYECTORIA es la sucesión de estados intermedios que sigue un proceso para pasar de un estado inicial a un estado final conocidos.

PROCESO IRREVERSIBLE:

Son los de mayor ocurrencia en la naturaleza, suceden debido a un desequilibrio o una gran diferencia entre las propiedades de los alrededores y las del sistema. Un ejemplo de proceso irreversible es: cualquier proceso de combustión, o cualquier proceso natural como la lluvia, la transferencia de calor, los vientos.

PROCESO REVERSIBLE:

Es un proceso en equilibrio continuo entre el sistema y los alrededores, ocurren debido a una diferencia infinitesimal entre las propiedades del sistema y los alrededores. Son casos idealizados. La tendencia futura será a la realización de procesos lo más cercanamente posible al equilibrio o a la condición de reversible, porque permiten un máximo aprovechamiento en la conversión de la energía sin degradarla.

El proceso reversible se conoce también como cuasiestático o de cuasiequilibrio, son lo suficientemente lentos que permiten al sistema realizar un ajuste interno para que sus propiedades cambien armónicamente, aunque son procesos ideales, que no representan la realidad de un sistema, partiendo de que todo proceso real tiende a comportarse como cuasiestático, en ingeniería siempre se modela un proceso real como de cuasiequilibrio porque son más fáciles de analizar así y porque los dispositivos entregan la mayor cantidad de trabajo cuando operan en estas condiciones, lo que los hace útiles como medio de comparación con los procesos reales, además de que el error arrastrado en esta consideración es insignificante.

Todos los sistemas en la naturaleza tienden a buscar un estado de reposo o de equilibrio, de aquí la razón de ser de los diferentes procesos. La tendencia al cambio es mayor cuanto mayor sea el estado de desequilibrio del sistema con el medio, y a mayor desequilibrio mayor irreversibilidad o espontaneidad, pero al mismo tiempo mayor degradación energética del sistema.

EQUILIBRIO TERMODINÁMICO

Por lo anteriormente señalado, el concepto de equilibrio es de gran importancia y es la base de la aplicación de la termodinámica, el equilibrio mecánico se logra cuando todas las partículas están en reposo y la energía potencial total es mínima, El equilibrio térmico se obtiene cuando no hay gradientes de temperatura en el sistema. El equilibrio químico se alcanza cuando no hay reacciones químicas ni movimiento de especies en el sistema. El equilibrio termodinámico se consigue cuando el sistema se encuentra en equilibrio mecánico, térmico y químico, es decir, cuando sus propiedades no cambian con el tiempo, este es mejor conocido como equilibrio estable, el equilibrio metaestable es en realidad un desequilibrio en el que el sistema se detiene debido a algún obstáculo energético que al desaparecer permite la continuación del proceso, o al que se le suministra la energía requerida para que continué, esta energía se conoce como energía de activación. Se le llama equilibrio inestable cuando un sistema se encuentra en desequilibrio total con los alrededores, en estas condiciones, el cambio del sistema hacia su estado de equilibrio más cercano será inminente o espontáneo.

CICLO TERMODINÁMICO:

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Se dice que un sistema se somete a un ciclo termodinámico, cuando el proceso en que participa lo regresa a su estado inicial después de haber recorrido una cierta trayectoria.

FUNCIÓN DE