Introducción a la Termodinámica: Sistemas, Variables y Estados

Conceptos Fundamentales de Termodinámica

Definiciones Básicas

Ambiente: Todo lo que se encuentra en el universo, con excepción del sistema, se denomina ambiente.

Límite: Un límite es toda pared, contorno o borde, real o ideal, que separa el sistema del ambiente.

Variables termodinámicas: Las variables termodinámicas son las magnitudes que estimamos necesario o conveniente especificar para dar una descripción macroscópica del sistema. La mayoría de estas magnitudes provienen de otras ramas de la física. Por ejemplo, la presión proviene de la Mecánica, las intensidades de campo eléctrico y magnético del Electromagnetismo, etc.

Estado del sistema: Cuando se han especificado las variables necesarias para describir al sistema, se dice que se ha especificado el estado del sistema. Esto no quiere decir que se sepa qué procesos ocurren dentro del sistema.

Equilibrio: Un sistema está en equilibrio si está en un estado desde el cual no es posible ningún cambio sin que haya cambios netos en el ambiente.

Tipos de Límites

Límite adiabático: Un límite es adiabático cuando el estado del sistema se puede cambiar únicamente moviendo el límite o bien colocando al sistema en un campo de fuerzas exteriores (por ejemplo, campos eléctricos, magnéticos o gravitacionales). También se suele definir el límite adiabático como aquel que es impermeable al flujo de calor.

Límite diatérmico: Se dice que un límite es diatérmico cuando permite que el estado del sistema se modifique sin que haya movimiento del límite. La manera usual de definirlo es que un límite es diatérmico cuando permite el flujo de calor a través de él.

Tipos de Sistemas

Sistema homogéneo: Un sistema se dice homogéneo cuando (en ausencia de fuerzas exteriores) sus variables termodinámicas son constantes a través de todo el sistema.

Sistema heterogéneo: Un sistema en el cual las variables termodinámicas varían de un lugar a otro en forma discontinua se dice que es heterogéneo. Por ejemplo, un sistema constituido por hielo y agua en equilibrio es heterogéneo. Las discontinuidades se producen en las interfases sólido-líquido.

Fase: Una fase es un subsistema homogéneo. Por ejemplo, un sistema que consiste de hielo y agua se considera un sistema de dos fases, sea que el hielo esté en un único trozo o dividido en varios fragmentos.

Ecuación de Estado

Ecuación de estado: Se denomina ecuación de estado a una relación entre las variables presión, volumen, temperatura y cantidad de materia del sistema.