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CONCEPTOS DE TERMODINAMICA

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TERMODINÁMICA:

La Termodinámica es la rama de la Física que trata del estudio de las propiedades materiales de los sistemas macroscópicos y de la interconversión de las distintas formas de energía. Los sistemas que son objeto del estudio de la Termodinámica se denominan Sistemas Termodinámicos.



EQUILIBRIO. EQUILIBRIO TÉRMICO:

Un sistema termodinámico de coordenadas independientes (xo,yo) se dice en estado de equilibrio si los valores de dichas coordenadas en ese estado permanecen constantes en el tiempo mientras no sean modificadas las condiciones del ambiente.

En general, el estado de equilibrio de un sistema puede ser alterado por la interacción de otros sistemas ambientales, influyendo en esa alteración tanto la proximidad de dichos sistemas como las paredes de separación.

Las paredes de separación entre sistemas pueden clasificarse en dos tipos extremos: paredes adiabáticas y paredes diatermanas.

Una pared situada entre los sistemas A y B se dice adiabática si los estados (xA,yA) del sistema A y (xB,yB) del sistema B coexisten en equilibrio para valores diferentes de dichas coordenadas. Esto es, si no hay influencia ambiental de un sistema sobre el otro a través de la pared de separación.

En cambio, una pared situada entre los dos sistemas A y B se dice que es diatermana si los estados (xA,yA) del sistema A y (xB,yB) del sistema B cambian espontáneamente hasta que se consigue un estado de equilibrio del sistema global constituido por los sistemas A y B con coordenadas (xA+B,yA+B). Se dice, llegado a ese estado global de equilibrio, que ambos sistemas se encuentra en equilibrio térmico.

En definitiva, se puede definir el equilibrio térmico como el estado al que llegan las coordenadas termodinámicas de dos o más sistemas cuando han estado comunicados mediante paredes diatermanas.

En definitiva, se puede definir el equilibrio térmico como el estado al que llegan las coordenadas termodinámicas de dos o más sistemas cuando han estado comunicados mediante paredes diatermanas.

También se puede decir que dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico si al comunicarlos mediante una pared diatermana el sistema en conjunto está en equilibrio.

Es inmediato el siguiente enunciado, que se ha dado en llamar Principio Cero de la Termodinámica:

Dos sistemas en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio térmico entre sí.



TEMPERATURA:

Dado un sistema S descrito por dos coordenadas independientes X1X2, se denomina isoterma al conjunto de los estados que se encuentran en equilibrio térmico con un estado fijo de otro sistema, y que, por el principio cero de la termodinámica, se encuentran en equilibrio térmico entre sí.

Se comprueba que la representación gráfica de una isoterma en el plano X1X2 es una curva continua.

La magnitud que le hacemos corresponder a todos los estados de una misma isoterma se denomina temperatura. La temperatura resulta ser, por consiguiente, una propiedad que determina si en un cierto estado A=(xA1, xA2) un sistema S se encuentra en equilibrio térmico con otro estado H=(xH1, xH2) de otro sistema T. El sistema T se denomina termómetro y su utilidad evidente es la de determinar la temperatura del sistema S en el estado A=(xA1, xA2) por comparación con el valor de la temperatura que le asignemos al estado H=(xH1, xH2) del termómetro.



CALOR:

Se llama calor a la magnitud que fluye entre dos sistemas a causa únicamente de su diferencia de temperatura. Los mecanismos de flujo de calor entre sistemas son en general los de conducción, convección y radiación. En cualquier transferencia de calor, sin embargo, puede predominar uno cualquiera de estos mecanismos, según sean los procesos y los sistemas termodinámicos actuantes.



FOCO FRÍO, FOCO CALIENTE:

Cuando se desarrolla un proceso termodinámico entre dos focos de temperatura diferente, se llama foco frío o fuente fría de calor al foco de menor temperatura. El otro sería el foco caliente o fuente caliente de calor.



TRABAJO. TRABAJO ADIABÁTICO:

Se dice que un sistema realiza trabajo mecánico sobre otro sistema cuando el primero le transfiere algún tipo de energía mecánica o electromecánica, ya sea una compresión, una expansión, etc.

Cuando se realiza trabajo mecánico sobre un sistema que está envuelto en paredes adiabáticas, es decir, sin que pueda emitir o adsorber calor durante el proceso, decimos que realizamos sobre el sistema un trabajo adiabático



ENERGÍA INTERNA:

Se denomina energía interna de un sistema a la magnitud que cambia entre dos estados de un sistema en virtud únicamente de ejercer sobre el mismo un trabajo adiabático (sin flujo de calor).



PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES:

Un proceso termodinámico desde un estado inicial i a un estado final f tal que, tanto el sistema como el medio externo pueden reintegrarse desde el estado final f a su estado inicial i, de forma que no se origine ningún cambio exterior al sistema ni a su medio ambiente, se dice que es un proceso reversible. Caso contrario el proceso es irreversible.



MAQUINA TÉRMICA:

Es un sistema que realiza un trabajo mecánico sobre otros sistemas absorviendo calor desde un foco caliente.



MAQUINA FRIGORÍFICA:

Es un sistema que cede calor a un foco caliente cuando otros sistemas realizan sobre él un trabajo mecánico.



CICLO TERMODINÁMICO:

Es el conjunto de las transformaciones termodinámicas de un sistema que retorna a las condiciones iniciales después de haber realizado un trabajo sobre otros sistemas.

Generalmente, el estudio de los ciclos termodinámicos se lleva a cabo suponiendo que el sistema es un fluido perfecto, que funciona en una máquina igualmente perfecta, es decir, suponiendo que el ciclo está constituido por una serie de transformaciones termodinámicas ideales, como las adiabáticas (sin flujo de calor hacia o desde el sistema), isobáricas (a presión constante), isocoras (a volumen constante) e isotérmicas (a temperatura constante).



CICLO TERMODINÁMICO INVERSO:

Un ciclo termodinámico inverso busca lo contrario al ciclo termodinámico de obtención de trabajo. Se aporta trabajo externo al ciclo para conseguir que la trasferencia de calor se produzca de la fuente más fría a la más caliente, al revés de como tendería a suceder naturalmente. Esta disposición se emplea en las máquinas de aire acondicionado y en refrigeración.



MÁQUINA CÍCLICA:

Un sistema que funciona a lo largo de un ciclo termodinámico se dice que es una maquina cíclica. Las máquinas cíclicas pueden ser máquinas cíclicas térmicas o bien máquinas cíclicas frigoríficas.



MÁQUINA CÍCLICA REVERSIBLE:

Es una máquina cíclica en la que todos los procesos del ciclo son reversibles. Caso contrario la máquina cíclica será irreversible.

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