Termodinámica

     La termodinámica es la ciencia que permite predecir la factibilidad y eficiencia de los procesos bajo condiciones estacionarias o cuasíestacionarias. Aplicando los balances de masa, energía, momento y entropía la termodinámica puede predecir el comportamiento del sistema en equilibrio a una cierta presión, temperatura y composición. La termodinámica también permite evaluar el intercambio y la interconversión de energía y entropía entre sistemas y alrededores. 

     Actualmente la termodinámica tiene un gran poder predictivo y se ayuda de otras ramas del conocimiento para emprender mejor el análisis de los sistemas. Las concepciones termodinámicas han influenciado las corrientes científicas, tecnológicas y filosóficas de nuestra época.

   Los sistemas son las sustancias involucradas en cambios físicos y químicos. El entorno es todo lo que rodea al sistema material. A la separación del sistema, real o imaginaria, con su entorno, se le llama límite del sistema. De acuerdo a sus características los sistemas se distinguen tres tipos de sistemas: 

• Un sistema abierto puede intercambiar materia y energía con su entorno. Por ejemplo, una cierta cantidad de agua en un recipiente abierto.
• En un sistema cerrado, no hay transferencia de materia, solo de energía, por ejemplo, si se cierra el recipiente.
• Finalmente, un sistema aislado, no posibilita la transferencia de materia ni de energía, como ocurre en un termo. 

     Las propiedades químicas, describen la manera en que una sustancia puede cambiar o reaccionar para formar otras sustancias, como por ejemplo la reactividad. A su vez, algunas propiedades no dependen de la cantidad de la muestra que se esté examinando, como por ejemplo, la temperatura, el punto de fusión y la dureza, por lo que reciben el nombre de propiedades intensivas. En cambio, las propiedades extensivas de las sustancias, si dependen de la cantidad de sustancia a analizar e incluyen mediciones, como la masa, el volumen y la longitud.

     Para describir un sistema termodinámico, es necesario conocer el valor de una serie de variables que determinan el estado inicial y el estado final del sistema, a estas se le llama variables de estado, y corresponden al volumen, la presión y la masa.

     La energía es una magnitud cuya unidad de medida en el sistema internacional (S.I) es el Joule (J), y corresponde a una propiedad asociada a los objetos y sustancias, y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza, por ejemplo, al elevar un objeto, al transportarlo, deformarlo o calentarlo. También está presente en los cambios químicos, como al quemar un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica.

     La primera ley de la termodinámica establece una relación entre la energía interna del sistema y la energía que intercambia con el entorno en forma de calor o trabajo. La primera ley de la termodinámica determina que la energía interna de un sistema aumenta cuando se le transfiere calor o se realiza un trabajo sobre él. Su expresión depende del criterio de signos para sistemas termodinámicos. 

     Donde: 

∆U : Incremento de energía interna del sistema ( ∆U = U_final - U_inicial ). Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio ( J )

Q : Calor intercambiado por el sistema con el entorno. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio ( J ), aunque también se suele usar la caloría ( cal ). 1 cal = 4.184 J

W : Trabajo intercambiado por el sistema con el entorno. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio ( J )

     Ahora bien, la segunda Ley de la Termodinámica establece que en un estado de equilibrio, los valores que toman los parámetros característicos de un sistema termodinámico aislado son tales que maximizan el valor de una cierta magnitud que está en función de dichos parámetros, llamada entropía.