UNA INTRODUCCION A FUNDAMENTOS DE TERMODINAMICA

1. La termodinámica surgió como una generalización de
los estudios realizados entre la energía mecánica y el
calor intercambiados por las máquinas térmicas, y de
ahí el nombre de la disciplina. Sin embargo, poco a
poco su campo de aplicación se fue ampliando hasta
abarcar todos los procesos en los que exista alguna
transformación de energía, sea esta del tipo que sea.

2. POSTULADOS DE TERMODINÁMICA
 Primer postulado de la termodinámica
Un sistema termodinámico aislado termina alcanzando
un estado de equilibrio termodinámico que no puede
abandonar por sí mismo.

3.  Segundo postulado de la termodinámica
El calor se traslada de un cuerpo caliente a otro menos
caliente.

4.  Tercer postulado de la termodinámica
Afirma que no se puede alcanzar el cero absoluto en un
número finito de etapas y puede definirse así: Al llegar
al cero absoluto, cualquier proceso de un sistema físico
se detiene y al llegar al cero absoluto la entropía
alcanza un valor mínimo y constante.

5.  Principio cero de la termodinámica
Si tenemos dos sistemas A y B en equilibrio entre sí y
tenemos también un tercer sistema C en equilibrio con
B , entonces C está en equilibrio con A.

6. CONCEPTOS BÁSICOS
La termodinámica es una generalización de los estudios
realizados entre la energía mecánica y el calor
intercambiados por las máquinas térmicas.
Un sistema termodinámico es cualquier región del
espacio sobre la que centramos nuestro interés. Para
delimitar esta región la limitamos con una pared (que
puede ser real o imaginaria) que la recubre totalmente.
La parte del espacio que no forma parte del sistema se
denomina entorno o medio. El sistema y el entorno
forman el universo.

7. En termodinámica vamos a estudiar la evolución de un
sistema cuando este interacciona con el entorno que lo
rodea, para ello vamos a emplear variables
termodinámicas, que no son más que variables que nos
dan la información sobre el estado del sistema, el
estado dinámico en el que se encuentran las partículas
del sistema.

8. Los sistemas se clasifican de acuerdo con la
permeabilidad de la frontera al pasaje de: materia,
calor o trabajo.
 Un sistema abierto es aquel en el cual tanto la materia,
el calor y el trabajo pueden atravesar libremente..
 Un sistema cerrado posee una frontera que impide el
pasaje de materia pero sí permite el pasaje de calor y
trabajo.

10. En termodinámica, las paredes de separación entre
sistemas pueden clasificarse en dos tipos extremos:
paredes adiabáticas y paredes diatérmicas.
 Un sistema con paredes adiabáticas impide el pasaje
de calor y materia, aunque sí permite el pasaje de
trabajo. Un ejemplo de este sistema es un termo, que
tiene paredes de un material tal que impide el pasaje
de calor y materia a través del mismo.
 Un sistema con paredes diatérmicas permite el pasaje
de calor y, por ende, de trabajo, sin que haya
transferencia de masa. Un ejemplo es la pared de este
edificio.

11. PROPIEDADES TERMODINÁMICAS
Una propiedad termodinámica es cualquier
característica medible del sistema cuyo valor depende
del estado determinado en que se encuentra el
sistema.
Éstas se dividen en:
 Propiedades extensivas.
 Propiedades intensivas.

12.  Propiedades extensivas
Las propiedades extensivas son aquellas que
dependen del tamaño del sistema, por ejemplo: la
masa, el volumen, y todas las clases de energía, son
propiedades extensivas o aditivas, de manera que
cuando las partes de un todo se unen, se obtiene el
valor total. Si un sistema está constituido por N
subsistemas, entonces el valor de una propiedad
extensiva X para el sistema total, siendo Xi la
propiedad extensiva del subsistema i, será:

13.  Propiedades intensivas
Las propiedades intensivas son aquellas que son
propias del sistema, es decir no dependen del tamaño
del sistema, si un sistema se divide en dos partes, una
propiedad intensiva mantiene el mismo valor en cada
parte que poseía en el total, por lo tanto se definen en
un punto. Son independientes del tamaño, masa o
magnitud del sistema: por ejemplo la presión,
temperatura, viscosidad y altura.

14. Algunos ejemplos de propiedades intensivas y extensivas
se resumen en la siguiente tabla:

15. MÁQUINAS TÉRMICAS Y
FRIGORÍFICAS
Bajo esta denominación, abarcamos a los sistemas que
permiten transformar el calor en trabajo y viceversa.
 Una máquina térmica es el sistema que cede trabajo al
medio intercambiando calor a través de sus fronteras de un
modo cíclico. Este intercambio de calor lo hace con dos
focos caloríficos, uno caliente y otro frío. En concreto la
máquina térmica recibe calor del foco caliente, cede calor al
foco frío y suministra trabajo al medio.
 La máquina frigorífica es “lo contrario” que la máquina
térmica. Al recibir trabajo del ambiente toma calor del foco
frío y se lo cede al foco caliente. Por supuesto, tanto la
máquina térmica como la frigorífica pueden funcionar
entre varios focos.

17. Ahora, analicemos este ciclo, conocido como Ciclo de
Carnot.

18. El ciclo de Carnot se produce cuando una máquina
trabaja absorbiendo una cantidad de calor Q1 de la
fuente de alta temperatura y cede un calor Q2 a la de
baja temperatura produciendo un trabajo sobre el
exterior. El rendimiento viene definido, como en todo
ciclo, por:

19. Al invertir el ciclo, se considera como una máquina
frigorífica, y cambian algunos detalles para su análisis:
Ahora, resolveremos algunos ejemplos.