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Definición de Termodinámica

1. Leyes físicas en torno a las formas en que el calor interactúa y se comporta con otras fuentes de energía, el modo en que la energía se transforma, y la posibilidad para hacer un trabajo.

Etimología: Formado por el prefijo termo-, por la referencia en el griego θερμο- (thermo-), que remite a ‘calor’, y dinámica, por el griego δυναμικά (dynamiká), femenino de δυναμικός (dynamikós), respecto de δύναμις (dýnamis), en cuanto ‘fuerza’, ‘poder’.
Cat. gramatical: Sustantivo fem.
En sílabas: ter-mo-di-ná-mi-ca.

Termodinámica

Candela Rocío Barbisan | Mar. 2022
Ingeniera Química

La termodinámica es una rama de la física que estudia las formas de la energía y los efectos en los cambios de temperatura, presión, volumen en un sistema a nivel de un proceso físico. Si desmenuzamos la palabra, vemos que está formada por dos conceptos claves: “termo” y “dinámica”, es decir, “termo” se refiere a la energía en forma de calor y “dinámica” al movimiento asociado, por lo que, podríamos decir que su significado no es más que el movimiento del calor a través de un cuerpo.

El estudio de la termodinámica como la conocemos hoy nace en 1859, cuando William Rankine publica el primer libro que reune los conceptos y principios claves de la termodinámica. Sin embargo, muchos fueron los predecesores que estudiaron esta rama de la ciencia, como Carnot, conocido como el padre de la termodinámica. Ambos científicos dieron nombre a dos ciclos muy conocidos, ciclo de Carnot y ciclo de Rankine.

Tipos de sistemas

Para el estudio de la termodinámica resultó imprescindible definir tres tipos de sistemas presentes en el universo. En principio, se define el universo como el conjunto de un sistema y sus alrededores. Los sistemas abiertos que intercambian materia y energía con su entorno, mientras que un sistema cerrado intercambia únicamente energía con su entorno. Por último, el sistema aislado es aquel que no intercambia materia ni energía con sus alrededores.

Principios de la termodinámica

Habiendo definido los tipos de sistemas, en esta sección resumiremos los principales principios que gobiernan la termodinámica, lo que se llaman Leyes de la Termodinámica.

Principio cero

El principio cero nos dice que todos los sistemas en el universo se encuentran en equilibrio químico, esto implica que, si dos cuerpos a distinta temperatura se ponen en contacto, energía en forma de calor migrará de aquel a mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura de modo que estas se igualen y se encuentren en equilibrio.

Primer principio

Este principio se plantea como la ley de conservación de la energía en un sistema:

∆ E = q + W

Donde ∆E es la energía interna de un sistema y está compuesta por otras dos formas de energía que se transfieren en procesos físicos: el calor y el trabajo. Dado que no es posible conocer la energía interna de un cuerpo con un valor preciso, se habla de variaciones de esta energía, la variación es la magnitud medible y que se puede estimar con exactitud.

En cuanto a q, es el calor, es decir, energía transferida como resultado de una diferencia de temperatura, conocida como calor sensible. O bien, calor latente en el caso de un cambio de estado.

En cuanto a W, es la cantidad de energía transferida de un sistema a otro mediante una fuerza que produce un desplazamiento. Lo anterior aplicado, por ejemplo, al caso de un gas que se expande a presión constante. El trabajo realizado por ese gas, es el trabajo de la fuerza de expansión del gas que se opone a una presión externa y esto conlleva un cambio en su volumen, en tanto que, el calor asociado a dicho proceso físico se corresponde a la transferencia de q sin cambio de fase dependiente de la cantidad de materia puesta en juego, del tipo de materia (el gas y su capacidad calorífica) y el cambio de temperatura producido.

Cabe destacar que ∆E es una función de estado mientras que q y W no lo son, es decir, dependen del camino recorrido para llegar de un estado inicial hacia un estado final.

En función de los tipos de sistemas vistos anteriormente, para un sistema cerrado es válido que:

∆ E = q + W

Mientras que para un sistema aislado ∆E se reduce a 0 (cero).

Segundo principio

Este principio es más simple que el anterior, implica una definición de la dirección en la que los procesos ocurren en la naturaleza. Esto implica una variación de la entropía del universo positiva. Muchas veces este principio se enuncia explicando que el universo tiende al máximo desorden. Definimos la entropía (S) como una función de estado que mide el grado de desorden, por lo tanto, si S aumenta, significa que aumenta el desorden, esto favorece la espontaneidad de un proceso, pero no necesariamente es un proceso espontáneo.

Tercer principio

Este principio enuncia que al llegar a la temperatura absoluta (0 K) todo proceso se detiene y, a su vez, “resulta imposible” alcanzar el valor cero absoluto en un número finito de etapas. Además, este principio formula que un sólido perfectamente cristalino a 0K tiene una entropía molar igual a 0 y, a partir de ello, se define la manera en que se puede calcular la variación de entropía estándar de una reacción:

∆S° reacción = Σ nS° productos - Σ nS° reactivos

 
 
Autora: Candela Rocío Barbisan | Sitio: Definición ABC | Título: Termodinámica | Fecha: Mar. 2022 | URL: https://www.definicionabc.com/ciencia/termodinamica.php

Ingeniera Química por la UNMdP, Argentina, trabaja en la gestión de activos e integridad a diversas industrias, principalmente Oil & Gas. Certificada en API 580, Risk Based Inspection, por el American Petroleum Institute. Profesora en la Facultad de Ingeniería en la UNMdP, en las cátedras de Química General I, Laboratorio de Operaciones Unitarias (4º año, Ing. Química) y Laboratorio de Reactores y Control (5º año, Ing. Química).
 
 
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