Sistemas termodinámicos (GIE)
De Laplace
Contenido |
1 Objeto de la termodinámica
2 Sistemas termodinámicos
En termodinámica, un sistema es casi cualquier cosa. Se trata de una región del espacio dentro de la cual existen diferentes componentes que interactúan entre sí, intercambiando energía y en ocasiones masa.
Un sistema posee una frontera que lo delimita. Esa frontera puede ser material (las paredes de un recipiente, por ejemplo) o imaginarias (una sección transversal de un tubo de escape abierto, por ejemplo).
La zona del espacio que rodea al sistema y con la cuál éste interactúa mediante intercambios energéticos o materiales se denomina el ambiente o el entorno. El ambiente es la región desde la cual los observadores (que normalmente no forman parte del sistema) hacen las medidas acerca de éste infieren sus propiedades. A diferencia del sistema, que evoluciona por su interacción con el ambiente, se suele considerar que el ambiente no se ve modificado por esta interacción. Un baño de agua en el que sumerge un cubito de hielo se supone a temperatura constante pese a la fusión del hielo. Si el ambiente estuviera evolucionando como consecuencia de la interacción, lo incluiríamos dentro del sistema y tomaríamos como ambiente una región más externa.
Al conjunto del sistema y el entorno se le denomina el universo. Obsérvese que en termodinámica el universo no es todo el Universo. El cubito de hielo inmerso en una olla con agua es considerado el universo en el estudio de la fusión del hielo.
La frontera de un sistema puede ser:
- Fija (las paredes de un recipiente) o móvil (un émbolo o pistón de un motor de explosión).
- Permeable a la masa o impermeable a ella. En el primer caso se dice que tenemos un sistema abierto (p.ej. un motor en el que entra combustible por un lado y salen gases por otro) y en el segundo uno cerrado (p.ej. en el circuito de refrigeración de una nevera, el gas freón que circula por los tubos nunca sale al exterior).
- Permeable al calor o impermeable a él. Si al poner en contacto el sistema con el ambiente se produce una transferencia de energía debido a la diferencia de temperaturas, se dice que la frontera es diaterma. Si el calor no puede atravesar la frontera se dice que ésta es adiabática y que el sistema está aislado (nótese la diferencia entre cerrado y aislado; el primero se refiere a la masa, mientras que el segundo se refiere a la energía).
- Sistema abierto
- Es aquél que sí intercambia masa con el ambiente.
3 Estados de equilibrio
En termodinámica son de especial interés los estados de equilibrio. Un sistema se encuentra en un estado de equilibrio si en ausencia de influencias externas permanece en él indefinidamente.
Existen diferentes tipos de equilibrio. Un sistema puede estar en alguno de ellos pero no en todos, si bien se considera que un sistema está en equilibrio, a secas, si se halla en todos ellos.
- Equilibrio mecánico
- Cuando las distintas partes del sistema no se mueven debido a fuerzas internas. Por ejemplo, si tenemos una bombona de aire cuya presión es mayor en la parte inferior que en la superior, se producirá una corriente de aire de la parte inferior a la superior. En este caso no estaría en equilibrio mecánico.
- Equilibrio térmico
- Cuando el sistema no experimenta flujos de calor internos debido a diferencias de temperatura dentro del sistema.
