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Termodinámica
Sistema Termodinámico y Ecuación de Estado
Definiciones
Sistema: es un conjunto de elementos con relaciones de interacción e
interdependencia que le confieren entidad propia al formar un todo unificado. Un
sistema puede ser cualquier objeto, cualquier cantidad de materia, cualquier región
del espacio, etc., seleccionado para estudiarlo y aislarlo (mentalmente) de todo lo
demás. Así todo lo que lo rodea es entonces el entorno o el medio donde se
encuentra el sistema.
El sistema está confinado por una frontera que lo separa del entorno, el espesor de
esta frontera es matemáticamente cero por lo que la frontera no puede contener
materia u ocupar algún lugar en el espacio.
Sistema termodinámico: Parte del universo físico, separado del medio para
estudiar sus propiedades termodinámicas.
Propiedades del sistema: Atributos físicos, perceptibles en un punto o tiempo
determinado.
Propiedades Termodinámicas
La existencia de un sistema termodinámico se describe por un conjunto
interrelacionado de cantidades susceptibles de ser medidas llamadas propiedades
termodinámicas. Las cantidades como presión y temperatura son propiedades
termodinámicas ya que sus valores dependen estrictamente de la condición
instantánea durante la cual son medidos. Como ejemplo de cantidades que NO son
propiedades termodinámicas son trabajo, calor, transferencia de masa, etc.
Estado de un sistema: Estado en el que cada una de las propiedades (que se
deben considerar para definir el sistema) tiene un valor determinado. Condición
descrita por las propiedades del sistema en un punto o tiempo dado.
Variable de estado: Es aquella que tiene un valor definido cuando se especifica el
estado de un sistema.
Cambio de estado: Es la transformación que efectúa un sistema de un estado
inicial a un estado final.
Trayectoria del cambio de estado: Es un cambio de estado especificando la
secuencia de estados intermedios ordenados en la sucesión que recorre el sistema.
Proceso: Es el curso o evolución por el cual ocurre un cambio de estado. La
descripción de un proceso consiste en definir el sistema, el cambio de estado y/o la
trayectoria, los efectos producidos encada etapa del proceso.
Resumen
Ciclo termodinámico: Proceso especial en el cual el estado inicial coincide con el
estado final. Aunque un sistema ha vuelto a su estado original y ha terminado un
ciclo, el estado de los alrededores pudo haber cambiado.
Ejercicio: Identifique en la siguiente ilustración al sistema, los alrededores, las
variables de estado, y proponga un proceso de estudio.
Figura 5
Ecuaciones de estado
En la mayoría de los casos para definir un estado son necesarias dos propiedades
termodinámicas. Este es el caso de una sustancia pura, en una sola fase que
después de ocurrido un proceso llegó a un equilibrio (ver equilibrio en Ley cero de
la Termodinámica).
Por ejemplo para un gas (una fase) de una sustancia pura pueden ser volumen y
temperatura
P = P (V, T )
o presión y temperatura
V = V(P, T )
o presión y volumen
T = T (P, V)
donde T es la temperatura, P la presión y v es el volumen molar
Si conocemos dos de las propiedades termodinámicas cuales fueran, la tercera está
establecida.
Se puede escribir entonces la ecuación de estado como:
f (P, V, T ) = 0
La ecuación de estado de un gas ideal es
P V = RT
donde V es el volumen por mol del gas y R es la constante universal de los gases
8.314510 J mol−1K-1.