Termodinámica por competencias

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- Segunda ley de la termodinámica. Enunciado de Kelvin – Planck: “No es posible un proceso que convierta todo el calor absorbido en trabajo.”

Enunciado de Clausiois: “No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un cuerpo frío a otro más caliente.”

Lo que nos quiere decir estos dos enunciados es que la energía inicial se pierde con cada transformación.

- Tercera ley de la termodinámica. Nos dice que el cero absoluto no puede alcanzarse por ningún procedimiento que tenga de un numero finito de pasos, un cero absoluto es la menor temperatura posible y en términos de grados Celsius corresponde a -273,15 °C

Aunque algunas veces pensamos que la temperatura y el calor son lo mismo, sin embargo no es así, estos dos términos son muy diferentes.

Cuando hablamos de temperatura nos referimos a una propiedad de los cuerpos, la temperatura se puede medir con ayuda de algún aparato, por ejemplo un termómetro. Las escalas de la temperatura son los Celsius, Kelvin, Fahrenheit y los Rankine.

- Celsius: Fue creada en por el astrónomo sueco Andrés Celsius. Esta escala divide el rango entre las temperaturas de congelación y ebullición en 100 partes iguales.

- Kelvin: Lleva el nombre de William Thompson Kelvin, un físico británico. Prolonga la escala Celsius hasta el cero absoluto.

- Fahrenheit: Establecida por el físico holandés-alemán Gabriel Daniel Fahrenheit.

- Rankine: Lleva este nombre en honor a William Rankine. Cero Rankine (0 R) equivalen a −273,15 °C.

Ahora bien, entre estas cuatro escalas existen relaciones las cuales están en las siguientes formulas, que nos ayudan a convertir de una escala a otra.

T (˚F)= 1.8 T (˚C) + 32

T (K)= T (˚C) + 273.15

T (R)= T (˚F) + 459.67

Por otra parte, calor es cuando un cuerpo transmite de su energía a otro cuerpo. Y siempre el calor pasa del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura. Estos dos términos tienen una relación y por esta razón a veces se piensa que son lo mismo.

¿Qué es un sistema?

En la termodinámica, a la parte macroscópica del universo objeto de estudio se le llama sistema. Existen tres tipos de sistemas: abierto, cerrado y aislado.

En un sistema abierto, o volumen de control, pueden intercambiarse tanto materia como energía. En un sistema cerrado, también llamado masa de control, es posible transferir energía, pero no materia, entre el sistema y los alrededores. En un sistema aislado no puede darse transferencia de materia ni de energía entre el sistema y los alrededores.

Propiedades del sistema.

Los sistemas pueden tener propiedades intensivas y extensivas, esto quiere decir que si son intensivas no depende del tamaño y si son extensivas depende del tamaño. Un ejemplo de las propiedades intensivas y extensivas son la presión y el volumen, respectivamente.

Algunos ejemplos de propiedades intensivas son la temperatura, la velocidad, el volumen específico, el punto de ebullición, el punto de fusión, una magnitud escalar, una magnitud vectorial. Por ejemplo si se tiene 1 litro de agua, su punto de ebullición es 100 °C, si se agrega otro litro de agua, el nuevo sistema formado por 2 litros de agua tiene el mismo punto de ebullición que el sistema original, esto se refiere a la no actividad de las propiedades intensivas.

Las propiedades extensivas dependen de la cantidad de sustancias del sistema, a diferencia de las intensivas, y son recíprocamente equivalentes a estas. Unos ejemplos de propiedades extensivas son la masa, el volumen, el peso, cantidad de sustancia, capacidad calorífica, etc. Dependiendo del tamaño o extensión del sistema masa volumen y energía, las propiedades extensivas por unidad de masa se llaman propiedades específicas.

Fronteras

Un sistema puede estar separado de sus alrededores por varios tipos de paredes (también llamadas fronteras). Una pared puede ser rígida o no rígida (es decir, móvil). Puede ser permeable o impermeable, donde el término “impermeable” significa que no permite el paso de materia a su través. Así mismo, una pared también puede ser adiabática o no adiabática, una pared adiabática es la que no conduce en absoluto el calor, mientras que una pared no adiabática sí lo conduce.

Equilibrio

El equilibrio termodinámico se da cuando todas las propiedades macroscópicas se mantienen sin cambio al pasar el tiempo

Se puede presentar en dos condiciones:

- Cuando un sistema aislado se encuentra en equilibrio si sus propiedades macroscópicas permanecen constantes al paso del tiempo

- Cuando es un sistema no aislado esta en equilibrio si se cumplen 2 condiciones, las propiedades macroscópicas permanecen sin cambio al paso

del tiempo y cuando se suprime el contacto entre el sistema y sus alrededores no hay cambio alguno en las propiedades del sistema.

Para que pueda existir un equilibrio termodinámico, el sistema debe cumplir con ciertos términos, como lo son:

- Equilibrio mecánico: Es cuando existe un equilibrio entre las fuerzas del exterior y las fuerzas del interior que actúan sobre el sistema.

- Equilibrio de masa: Este sucede cuando no existen reacciones químicas globales en el sistema, las concentraciones de las especies químicas permanecen constantes durante el paso del tiempo, y es importante que no hayan transferencias de materia desde una parte del sistema a otra

- Equilibrio térmico: Se mantiene constante la temperatura entre el sistema y sus alrededores.

En otras palabras, un sistema que está en equilibrio mecánico, térmico y químico, es un sistema que está en equilibrio termodinámico

Para poder determinar si el sistema se encuentra en equilibrio termodinámico, se define primeramente el estado del sistema termodinámico, especificando el valor de sus propiedades termodinámicas.