TERMODINAMICATermodinámica, campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de la materia de los sistemas macroscópicos, así como sus intercambios energéticos. Los principios de la termodinámica tienen una importancia fundamental para todas las ramas de la ciencia y la ingeniería. La termodinámica es la rama de la física que estudia la energía, la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo. Está íntimamente relacionada con la mecánica estadística, de la cual se pueden derivar numerosas relaciones termodinámicas. La termodinámica estudia los sistemas físicos a nivel macroscópico, mientras que la mecánica estadística suele hacer una descripción microscópica de los mismos. Un concepto esencial de la termodinámica es el de sistema macroscópico, que se define como un conjunto de materia que se puede aislar espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable. El estado de un sistema macroscópico se puede describir mediante propiedades medibles como la temperatura, la presión o el volumen, que se conocen como variables de estado. Es posible identificar y relacionar entre sí muchas otras variables termodinámicas (como la densidad, el calor Ciclo de Carnot El ciclo ideal de Carnot fue propuesto por el físico francés Sadi Carnot. Una máquina de Carnot es perfecta. determinan la naturaleza y los límites de todos los procesos termodinámicos. independientes de la cantidad de materia. Carnot demostró que la eficiencia máxima de cualquier máquina depende de la diferencia entre las temperaturas máxima y mínima alcanzadas . convierte la máxima energía térmica posible en trabajo mecánico. se dice que tiene lugar un proceso termodinámico. y las variables intensivas. con lo que se obtiene una descripción más completa de un sistema y de su relación con el entorno. la compresibilidad o el coeficiente de dilatación). descubiertos en el siglo XIX a través de meticulosos experimentos. que dependen de la cantidad de materia del sistema.específico. es decir. Las leyes o principios de la termodinámica. Todas estas variables se pueden clasificar en dos grandes grupos: las variables extensivas. Cuando un sistema macroscópico pasa de un estado de equilibrio a otro. que vivió a principios del siglo XIX. El llamado principio cero de la termodinámica. también tienen que estar en equilibrio entre sí. Si uno de estos sistemas se pone en contacto con un entorno infinito que se encuentra a una temperatura determinada. Cuando dos sistemas están en equilibrio mutuo. proporciona una definición precisa. llegará a tener la misma temperatura que éste. es decir. el lenguaje de las ciencias empíricas se apropia del vocabulario de la vida diaria. (El llamado entorno infinito es una abstracción matemática denominada depósito térmico. su significado adolece de la imprecisión del lenguaje no matemático. un motor de automóvil sería más eficiente si el combustible se quemara a mayor temperatura o los gases de escape salieran a menor temperatura. aunque empírica. Esta propiedad se puede medir.) La temperatura se mide con dispositivos llamados termómetros. que se explica a continuación. en realidad basta con que el entorno sea grande en relación con el sistema estudiado. Esta propiedad compartida en el equilibrio es la temperatura. .durante un ciclo. más eficiente es la máquina. comparten una determinada propiedad. aunque el término “temperatura” parece evidente para el sentido común. y se le puede asignar un valor numérico definido. por ejemplo el agua pura y sus puntos de ebullición y congelación en condiciones normales. de la temperatura. Una consecuencia de ese hecho es el principio cero de la termodinámica. Un termómetro se construye a partir de una sustancia con estados fácilmente identificables y reproducibles. la temperatura de cualquier sistema se puede determinar poniéndolo en contacto térmico con el termómetro. Si se traza una escala graduada entre dos de estos estados. Cuanto mayor es esa diferencia. PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINAMICA Frecuentemente. que afirma que si dos sistemas distintos están en equilibrio termodinámico con un tercero. Por ejemplo. siempre que el sistema sea grande en relación con el termómetro. el sistema acabará alcanzando el equilibrio termodinámico con su entorno. Así. a la vez que Joule. que afirma que el calor y el trabajo son ínter convertibles. proceso por el cual había obtenido sus resultados. y viceversa.el primero en comprobar la transformación de trabajo mecánico en calor. en la que enuncia el Principio de conservación de la energía.6. "El movimiento orgánico". consistente en la medida de la diferencia de las capacidades caloríficas molares de los gases. presenta otra memoria dedicada a los fenómenos eléctricos y biológicos. pero con independencia de él. . En 1846. Tras estudiar medicina en Tubinga embarcó en un navío como médico hacia las Indias Orientales.PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA El físico alemán Julius von Mayer (1814 – 1878). aunque la cifró en 3. obteniendo incluso. establece la primera ley o primer principio de la termodinámica. en 1842 el valor de la caloría. Mayer fue . En 1845 presenta la "relación de Mayer". realizando en el curso de este viaje un trabajo científico sobre la modificación del metabolismo humano bajo la acción de elevadas temperaturas. otro concepto de uso corriente. (Conservación de la energía). los científicos del siglo XVIII conjeturaron que una sustancia que estaba presente en mayor cantidad en el cuerpo de mayor temperatura . establece que si se realiza trabajo sobre un sistema. la energía interna del sistema variará. Fue propuesto por Antoine Lavoisier. Cuando un sistema se pone en contacto con otro más frío que él. La diferencia entre la energía interna del sistema y la cantidad de energía es denominada calor. La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente: Eentra − Esale = ΔEsistema En otras palabras: La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma. Para explicar este fenómeno.La primera ley de la termodinámica Da una definición precisa del calor. También conocido como principio de la conservación de la energía. tiene lugar un proceso de igualación de las temperaturas de ambos. 186 julios. o calor. y el trabajo o energía. . El sistema cerrado tiene interacciones de trabajo y calor con sus alrededores. como la energía no puede crearse ni destruirse —dejando a un lado las posteriores ramificaciones de la equivalencia entre masa y energía (Energía nuclear) — la cantidad de energía transferida a un sistema en forma de calor más la cantidad de energía transferida en forma de trabajo sobre el sistema debe ser igual al aumento de la energía interna del sistema. es imposible que una máquina realice trabajo sin necesidad de energía. La ecuación general para un sistema cerrado (despreciando energía cinética y potencial) es: Q − W = ΔU Donde Q es la cantidad total de transferencia de calor hacia o desde el sistema (positiva cuando entra al sistema y negativa cuando sale de éste). El calor y el trabajo son mecanismos por los que los sistemas intercambian energía entre sí. así como puede realizar trabajo de frontera. La ley de conservación de la energía descarta que se pueda inventar nunca una máquina así. como una forma de energía. Se puede convertir en trabajo mecánico y almacenarse. Una máquina hipotética de estas características se denomina móvil perpetuo de primera especie. Afirma que. el primer principio se enuncia como la imposibilidad de la existencia de un móvil perpetuo de primera especie. hace falta cierta cantidad de energía para producir trabajo. Aplicaciones de la Primera Ley: Sistemas cerrados: Un sistema cerrado es uno que no tiene entrada ni salida de masa. pero no es una sustancia material. En cualquier máquina. Una caloría equivale a 4. el primer principio de la termodinámica identifica el calórico. A veces. El primer principio es una ley de conservación de la energía. medidos en julios. Experimentalmente se demostró que el calor. esta sustancia hipotética llamada “calórico” era un fluido capaz de atravesar los medios materiales.fluía hacia el cuerpo de menor temperatura. también es conocido como masa de control. Según se creía. eran completamente equivalentes. Por el contrario. que originalmente se medía en unidades llamadas calorías. y θ es la energía por unidad de masa del flujo y comprende entalpía. La energía del sistema es Sistemas abiertos en estado estacionario El balance de energía se simplifica considerablemente para sistemas en estado estacionario (también conocido como estado estable). por lo que el balance de energía queda: . Sistemas abiertos Un sistema abierto es aquel que tiene entrada y/o salida de masa. La ecuación general para un sistema abierto es: O igualmente: Q−W+ ∑mθ −∑ in in in moutθout = ΔEsistema out Donde in representa todas las entradas de masa al sistema. mecánico y de frontera. energía potencial y energía cinética. y U es la energía interna del sistema. así como interacciones de trabajo y calor con sus alrededores. también puede realizar trabajo de frontera. En estado estacionario se tiene ΔEsistema = 0.W es el trabajo total (negativo cuando entra al sistema y positivo cuando sale de éste) e incluye trabajo eléctrico. out representa todas las salidas de masa desde el sistema. Sistema Aislado Es aquel sistema en el cual no hay intercambio ni de masa ni de energía con el exterior. .