Presentación de la materia

TERMODINÁMICA Y MAQUINAS TÉRMICAS

Presentación de la materia.

¿Qué es la termodinámica?

La termodinámica es un método de estudio de fenómenos físicos y químicos mediante el cual se trata de determinar condiciones de equilibrio de los sistemas, así como estudiar las transformaciones de un tipo de energía en otro y cuando estas son posibles. Podrá observarse que para entender correctamente la frase anterior es necesario ponerse de acuerdo en el significado de algunos términos empleados en ella como: Sistema, equilibrio, energía, etc. Ahora los definiremos.

SISTEMA

En termodinámica se denomina sistema a la parte del universo cuyas modificaciones e interacciones con el resto del mismo nos interesa estudiar. De acuerdo a esto un sistema podrá ser un cierto número de cuerpos o región del espacio.

MEDIO AMBIENTE

Se denomina medio ambiente, o simplemente medio al resto del universo que no pertenece al sistema.

PUNTOS DE VISTA “MACROSCOPICO Y MICROSCÓPICO”

Para definir la situación de un sistema y estudiar sus interacciones con el medio podemos adoptar dos puntos de vista: macroscópico y microscópico.

El punto de vista macroscópico se utiliza cuando se describe el sistema mediante magnitudes que indican propiedades del mismo que afectan a los sentidos del hombre. Es decir, no implican hipótesis concernientes a la estructura de la materia

Un ejemplo de descripción macroscópica, de un sistema de mezcla de gases encerrados en un cilindro con un pisto desplazable, se representaría así:

  1. La composición de sistema que significa conocer las cantidades relativas de los diversos gases que comprende
  2. El volumen que ocupa el sistema, que estará dado por la posición que ocupe el pistón.
  3. La presión que reina en el sistema, la que ejercen los gases contenidos en el cilindro.
  4. La temperatura a que se encuentra el sistema.

Lo valores de volumen, temperatura y presión, se han definido en base a sensaciones del hombre y son independientes en cuanto a su concepción del conocimiento o desconocimiento de la materia, por ellos se los denomina parámetros macroscópicos.

Si utilizamos el método microscópico, para analizar el ejemplo anterior, al hablar de un sistema de mezcla de gases, debemos partir desde el conocimiento que dichos gases están formados por moléculas en movimiento. Esto nos implicaría indicar por cada molécula la posición y velocidad. Es decir, necesitaríamos seis parámetros por molécula y para todo el sistema. Por esto este tipo de descripción solo puede manejarse entonces con los métodos de mecánica estadística.

Esto nos deriva dos termodinámicas:

Macroscópico = termodinámica clásica

Microscópico = termodinámica estadística

Sus resultados son concordantes, cuando se aplican en el mismo sistema, como no podría ser de otra manera.

SISTEMAS TERMODINÁMICOS

El término sistema, como se emplea en termodinámica, se refiere a cierta porción del universo incluida dentro de una superficie cerrada llamada límite del sistema. La superficie límite, puede encerrar un sólido, un líquido, un gas, un par de dipolos magnéticos, energía radiante o fotones. Este límite de superficie es real, como por ejemplo la superficie interna de un tanque que contiene gas comprimido; o imaginario como el límite de una cierta mas de un gas que recorre un tubo. La superficie límite no está determinada, por su forma o volumen, por ejemplo, el fluido se expande desplazando un pistón móvil, aumenta el volumen encerrado por la superficie límite.

En muchos problemas de termodinámica intervienen intercambios de energía, entre un sistema dado y otros sistemas. Cualquier sistema que pueda intercambiar energía con un sistema dado, se llama medio ambiente (explicado anteriormente), también lo podemos encontrar bajo el nombre medio exterior o entorno del sistema. Un sistema y un medio exterior conjuntamente, forman lo que se llama un universo.

ESTADO DE UN SISTEMA. PROPIEDADES.

El estado de un sistema termodinámico queda determinado por los valores de ciertas magnitudes experimentales llamadas propiedades o variables de estado. Son ejemplos de propiedades la temperatura de un sistema, la presión ejercida por el mismo y el volumen que ocupa. Otras propiedades pueden ser la imanación de un cuerpo magnético, polarización de un dieléctrico y el área superficial de un líquido.

Las propiedades de un sistema en un estado determinado que son proporcionales a la masa del sistema, se llaman extensivas. Son ejemplos, el volumen total, la energía total. Las propiedades que son independientes de la masa se llaman intensivas. Los ejemplos son la temperatura, la presión y la densidad.

El valor específico de una propiedad extensiva se define como cociente del valor de la propiedad por la masa del sistema, (unidad de masa).

Utilizaremos letras mayúsculas para propiedades extensivas y minúsculas para los valores específicos de las mismas.

v =V /m

el volumen específico es la inversa de la densidad ρ

ρ = m / V

PRESIÓN

Sobre un medio continuo se ejerce una presión hidrostática cuando la fuerza que actúa por unidad de superficie sobre un elemento de área es: (1) normal a un elemento y (2) independiente a la orientación del elemento.

La presión hidrostática es la presión en un fluido (gas o líquido) en reposo en un recinto cerrado.

La presión (P) se define como la magnitud de la fuerza por unidad de la superficie y su unidad en el sistema MKS es de 1 newton por metro cuadrado (1 N m2).

Una presión de 105 N m2 ( = 106 dinas cm2) se denomina 1 bar

Una presión de 10-1 N m2(= 1 dina cm2) es un microbar (1µ bar)

La presión de 1 atmósfera (atm) es la producida por una columna vertical de mercurio de 76 cm de altura y densidad p = 13,5951 g cm3, en un lugar donde g = 980,665 cm s2

De la ecuación resulta p.g.h resulta:

1 atmósfera = 1,01325 x 106 dina cm2= 1.01325 x 105 N m2

Por esto podemos decir que 1 atm es casi igual que 1 bar y está muy próximo a 1 µ bar

 

¿Necesitas ayuda? Contactate con los profes