Termodinámica

A termodinámica é a parte da física que estuda os fenómenos relacionados con traballo, enerxía, calor e entropía, mediante as leis que gobernan os procesos nos que se ve involucrada a enerxía térmica. Nun sentido máis amplo estuda as relacións entre as propiedades macroscópicas dun sistema. A pesar de todos nós termos un sentimento do que é enerxía, é moi difícil elaborar unha definición precisa para ela. A enerxía pode ser vista como a capacidade de realizar un traballo, a capacidade de realizar mudanzas nos sistemas, un estado de vibración dos sistemas, etc.

É bastante coñecido o feito de que unha substancia está constituída dun conxunto de partículas denominadas moléculas. As propiedades dunha substancia dependen, naturalmente, do comportamento destas partículas. A partir dunha visión macroscópica para o estudo do sistema, que non requer o coñecemento do comportamento individual destas partículas, desenvolveuse a chamada termodinámica clásica. Permite abordar dunha maneira fácil e directa a solución de moitos problemas. Unha abordaxe máis elaborada e rigorosa, baseada no comportamento medio de grandes grupos de partículas, dase en chamar termodinámica estatística.

Sempre que unha ou máis propiedades dun sistema varían, dise que ocorreu unha mudanza de estado. O camiño a través de sucesivos estados polo cal pasa o sistema defínese como proceso. Un proceso de case-equilíbrio é aquel en que o desvío do equilíbrio termodinámico é infinitesimal, e todos os estados polo cal o sistema pasa pode considerarse como estados de equilíbrio. Moitos procesos reais poden aproximarse con precisión por sucesivos procesos de case-equilíbrio.

Por outro lado, se un proceso evolui moi axiña e o sistema non estivo en equilíbrio durante ningún instante durante a mudanza de estado, este é un proceso de non-equilíbrio. Na termodinámica clásica a descrición destes procesos fica limitada ao que había antes e despois de restabelecido o equilíbrio, sendo esta incapaz de especificar os estados intermediarios polos que pasou o sistema. Unha abordaxe máis eficiente destes procesos faise a través da termodinámica irreversible.

A pesar da antiga convivencia do ser humano con manifestacións de calor e outras formas de enerxía, a termodinámica non emerxiu como unha ciencia ata cerca de 1700 cando as primeiras tentativas para construír unha máquina a vapor foron feitas na Inglaterra por Thomas Savery e Thomas Newcomen . Estas máquinas eran moito lentas e ineficientes, mais eles abriron o camiño para o desenvolvemento dunha nova ciencia. O termo termodinámica foi primeiramente utilizado nunha publicación de Lord Kelvin en 1849. O primeiro texto de termodinámica foi escrito en 1859 por William Rankine, un profesor da Universidade de Glasgow na Escocia. O gran progreso da termodinámica ocorreu no inicio dos anos de 1900, cando se expurgaron teorías erroneas, transformándose nunha ciencia madura.

A termodinámica permite determinar a dirección na cal varios procesos físicos e químicos irán ocorrer. Tamén permite determinar as relacións entre as diversas propiedades dunha substancia. Con todo ela non traballa con modelos da microestrutura da substancia, e non é capaz de fornecer detalles dela, mais unha vez que algúns dados sexan coñecidos, a través do método da termodinámica clásica, outras propiedades poden determinarse.

A termodinámica está baseada en leis estabelecidas experimentalmente:

• A Lei Cero da Termodinámica determina que, cando dous corpos teñen igualdade de temperatura cun terceiro corpo, eles teñen igualdade de temperatura entre si. Esta lei é a base para a medición de temperatura.
• A Primeira Lei da Termodinámica fornece o aspecto cantitativo de procesos de conversión de enerxía. É o principio da conservación da enerxía: "A enerxía do Universo é constante".
• A Segunda Lei da Termodinámica determina o aspecto cualitativo de procesos en sistemas físicos, isto é, os procesos ocorren nunha certa dirección mais non poden ocorrer na dirección oposta. Enunciada por Clausius da seguinte maneira: "A entropía do Universo tende a un máximo".
• A Terceira Lei da Termodinámica estabelece un punto de referencia absoluto para a determinación da entropía , representado polo estado derradeiro de orde molecular máxima e mínima enerxía. Enunciada como "A entropía dunha substancia cristalina pura na temperatura cero absoluto é cero". É extremadamente útil na análise termodinámica das reacións químicas, como a combustán, por exemplo.

Sistemas termodinámicos

En termodinámica, a parte do universo obxecto de estudo denomínase sistema e a parte que pode interaccionar con este denomínase medio ambiente ou arredores.

Clases de sistemas dominantes:

• Sistema aberto, cando se pode transferir materia entre o sistema e arredores
• Sistema pechado, non se pode transferir materia entre o sistema e arredores
• Sistema illado, a materia non interacciona cos arredores

Os sistemas están separados por paredes, que poden ser ríxidas ou non ríxidas segundo sexan móbiles ou non, poden ser permeables ou impermeables ó paso de materia e de conducir a calor será adiabática en caso contrario será non adiabática