Variables, Funciones de Estado y Transferencia de Energía en Termodinámica

Variables y Funciones de Estado en Termodinámica

Para describir un sistema termodinámico, es necesario conocer el valor de una serie de variables que determinan el estado inicial (Est_i) y el estado final (Est_f) del sistema. A estas se les llama variables de estado. Las variables de estado más comunes son: volumen, presión, temperatura y masa. Estas variables permiten que cualquier científico reconstruya las condiciones exactas de un sistema.

Clasificación de las Variables de Estado

Las variables de estado se clasifican en:

• Variables Extensivas: Dependen de la cantidad de materia y su valor no se puede definir en cualquier punto del sistema. Ejemplos: masa, volumen y calor.
• Variables Intensivas: Son independientes de la cantidad de materia y su valor se puede determinar en cualquier punto del sistema. Ejemplos: densidad, temperatura y presión.

Funciones de Estado

Las funciones de estado tienen un valor definido y único para cada estado del sistema, sin importar los pasos intermedios que se siguen para alcanzarlo; solo dependen del estado inicial y final del sistema.

Las funciones de estado se relacionan entre sí mediante una ecuación, llamada ecuación de estado. Por ejemplo, para un gas ideal, la ecuación de estado es:

P x V = n x R x T

Energía, Calor y Trabajo en Termodinámica

El desarrollo de la termodinámica se consolidó al diferenciar y clarificar los conceptos de energía, trabajo y calor.

Energía

La energía se define como la capacidad de un sistema para producir trabajo. Cualquier sistema químico posee una cantidad de energía medible macroscópicamente. Una parte de esta energía está almacenada en su interior debido a su composición, y la llamamos energía interna (E).

Cuando ocurre una transformación en un sistema, la cantidad de energía existente varía. Esta variación se produce por el intercambio entre el sistema y el entorno, y puede ocurrir en forma de calor o trabajo.

Calor

Se denomina calor (Q) a la transferencia de energía que se produce de un sistema a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura. El calor fluye desde el cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura hasta que se igualan, es decir, llegan al equilibrio térmico.

El calor no es una función de estado, ya que no es una propiedad del sistema, sino que dependerá de la forma en que se realice el proceso; es decir, de cómo el sistema pasa del estado inicial al final.

Trabajo

Otro mecanismo de transferencia de energía es el trabajo (W). En este caso, la energía se intercambia mediante un dispositivo mecánico entre el sistema y su entorno. El trabajo, al igual que el calor, no es una función de estado, pues depende del camino recorrido, es decir, de la forma en que se realizará la transformación termodinámica.