Introducción a la termodinámica (Leyes, definiciones)

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Conceptos fundamentales 
 
Termodinámica 
El término procede del griego therme (calor) y dynamis (fuerza)y se refiere al estudio 
de la transformación de una forma de energía en otra y del intercambio de energía 
entre sistemas 
La termodinámica se desarrolla a partir de cuatro Principios o Leyes: 
• Principio Cero: permite definir la temperatura como una propiedad. 
• Primer Principio: define el concepto de energía como magnitud conservativa. 
• Segundo Principio: define la entropía como magnitud no conservativa, una 
medida de la dirección de los procesos. 
• Tercer Principio: postula algunas propiedades en el cero absoluto de 
temperatura. 
Sistema termodinámico: es una porción del universo o región a estudiar. 
Frontera: límites del sistema. 
Entorno, Ambiente o Medio Circundante: materia o región que rodea al sistema. 
También se llaman superficie de control. 
En función de sus límites un sistema puede ser: 
• Cerrado: No intercambian materia con el entorno 
• Abierto: es posible la transferencia de masa y de energía a través de sus 
límites. 
• Rígido: no permiten el cambio de volumen. 
• Adiabático: sólo permite interacciones en forma de trabajo entre el sistema 
y su entorno. 
• Aislado: un sistema aislado no puede transferir materia ni energía con su 
entorno. El universo en su totalidad se puede considerar como un sistema 
aislado. 
La energía total de un sistema puede variar por varios mecanismos: 
a) Haciendo trabajo mecánico. El sistema aplica fuerzas sobre un cuerpo. 
b) Intercambiando calor. El calor es la forma de energía que se transmite 
cuando dos cuerpos están a diferente temperatura. 
c) Incorporando o expulsando materia. 
d) Mediante reacciones químicas. 
 
 
Propiedades de un Sistema 
 
Intensivas: no dependen de la masa en la que se considera. Se mantienen si se 
divide el sistema y se nombran con letras minúsculas. 
• Presión 
• Temperatura 
• Densidad 
Extensivas: dependen de la masa en la que se considera y se nombran con letras 
mayúsculas. 
• Energía 
• Masa 
• Volumen 
Específicas: relativizan las extensivas dividiendo por la masa. 
 
Estado: está definido por el conjunto de propiedades (temperatura, presión, 
composición, etc.) que caracterizan este sistema, pero no por su entorno ni por su 
historia. 
Proceso o Transformación: Cuando un sistema cambia de un estado a otro. En 
un proceso la variación de sus propiedades sólo depende del estado inicial y final, 
y no de las situaciones intermedias. 
La expansión de un sistema (aumento de volumen) sucede cuando la fuerza interior 
es mayor que la fuerza exterior. 
 
Equilibrio Termodinámico: cuando satisface las condiciones de todos los 
equilibrios parciales. En el sistema no habrá flujo de energía, materia, ni carga, etc., 
permaneciendo ellas y la composición, constantes en el interior. 
 
Procesos de Cambio de Estado 
 
El calentamiento o enfriamiento de un sistema se puede considerar como una 
sucesión de estados en equilibrio. 
La Mezcla de Sistemas no se puede considerar como una sucesión de estados en 
equilibrio. 
 
Transformaciones Termodinámicas: sucesión de estados por los que pasa un 
sistema cuando se le somete a un cambio. 
 
La transformación se puede realizar de diferentes modos, cada uno de ellos es un 
Proceso Termodinámico. 
 
Proceso cuasiestático 
Pasa por una serie de estados de equilibrio termodinámico ya que todos los 
parámetros del sistema varían de más lentamente que el tiempo de relajación¿ 
Proceso irreversible 
Se produce una onda de presión, por lo que la presión no es la misma en todas 
partes del sistema y por lo tanto no hay estados de equilibrio 
 
Transformaciones básicas 
 
• Isocora, a volumen constante (v = cte): se calienta o enfría con límites 
inelásticos. 
• Isóbaras, a presión constante (p = cte): se calienta o enfría con límites elásticos. 
• Isotermas, a temperatura constante (T = cte) 
• Adiabáticas o isoentrópicas: sin transferencia de calor, además no debe existir 
aporte de calor por rozamiento interno (p.v = cte). 
• Politrópicas: son las transformaciones reales (p.v n = cte). 
 
Ecuaciones de Estado 
Una sustancia pura puede estar en tres estados, y puede cambiar de uno a otro: 
• Sólido (S) 
• Líquido (L) 
• Gaseoso o vapor (V) 
 
El cambio de líquido a gas se puede realizar: 
✓ Progresivamente, pasando por una fase de vapor húmedo. 
✓ Instantáneamente, de líquido a gas. 
 
Se llama gas a la fase que no se puede licuar sin bajar la temperatura. 
Se llama vapor seco, que puede ser sobrecalentado o recalentado, a la fase en la 
que a Tª cte se puede llegar a condensar. 
 
Presión 
Presión, Pascal: (F / Superficie) [N/m2] 
• En el interior de un fluido se transmite igual en todas las direcciones 
• Se ejerce perpendicularmente a las superficies que lo contienen 
 
Tipos de Presión: 
• Atmosférica 
• Absoluta 
• Relativa o manométrica 
 
Medida de la Presión: 
• Manómetos: P relativas positivas 
• Vacuómetro: P relativas negativa