1. Concepto de sistema termodinámico y diferencia entre sistema cerrado y abierto Un sistema termodinámico es una porción del entorno que se selecciona para su estudio, separada del resto del universo mediante unos límites o fronteras reales o imaginarios. La interacción del sistema con el entorno se produce exclusivamente a través de estas fronteras Sistema cerrado (control de masa): La masa del sistema permanece constante; no entra ni sale masa a través de sus fronteras, aunque sí puede intercambiar energía (calor y/o trabajo) con el entorno. Sistema abierto (control de volumen): La masa puede entrar y/o salir del sistema a través de partes de la superficie de control, además del intercambio de energía. 2. Sistema cuyas fronteras no permiten intercambio de masa ni de energía Un sistema cuyas fronteras no permiten intercambio ni de masa ni de energía con el entorno se clasifica como un sistema aislado. En este tipo de sistema no existe transferencia de calor, trabajo ni masa a través de los límites del sistema 3. Diferencia entre propiedad intensiva y extensiva (con ejemplos) Una propiedad es una carácterística macroscópica y cuantificable de un sistema. Propiedad extensiva: Su valor es aditivo, es decir, igual a la suma de los valores de las partes en que se divide el sistema. Ejemplos: masa, volumen. Propiedad intensiva: Su valor no depende del tamaño del sistema, ni es la suma de las partes, sino del punto considerado. Ejemplos: temperatura, presión, densidad. 4. Condiciones para el equilibrio termodinámico completo Un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico completo cuando no presenta ninguna tendencia espontánea a cambiar su estado. Para ello deben cumplirse simultáneamente cuatro tipos de equilibrio: Equilibrio mecánico: fuerzas y momentos equilibrados. Equilibrio térmico: ausencia de gradientes de temperatura. Equilibrio químico: composición uniforme en todo el sistema. Equilibrio físico: mismo estado físico en todo el sistema. Cuando se cumplen los cuatro, las propiedades del sistema permanecen constantes en el tiempo 5. Proceso cuasiestático y su importancia Un proceso cuasiestático es aquel que se desarrolla de forma tan lenta que el sistema se desvía del equilibrio termodinámico solo de manera infinitesimal. Idealmente, todos los estados intermedios pueden considerarse estados de equilibrio. Su importancia radica en que: Permite definir propiedades en todo momento. Facilita el análisis teórico de los procesos. Es la base para definir procesos reversibles (cuando además no hay disipación de energía). 6. Principio Cero de la Termodinámica El Principio Cero de la Termodinámica establece que: Si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercero, entonces están en equilibrio térmico entre sí. Este principio permite definir la temperatura como una propiedad termodinámica y fundamenta el uso de termómetros y escalas de temperatura 7. Función de estado. ¿El trabajo y el calor lo son? Una función de estado es una propiedad cuyo valor depende únicamente del estado del sistema, no del camino seguido para alcanzarlo. Su variación solo depende de los estados inicial y final. Ejemplos: energía interna, entalpía. El trabajo y el calor no son funciones de estado, ya que: Dependen del proceso seguido, no solo de los estados inicial y final. Su valor cambia según la trayectoria del proceso. 8. Ciclo termodinámico y variación neta de propiedades Un ciclo termodinámico es una secuencia de procesos al final de la cual el sistema regresa a su estado inicial. Al completar un ciclo: La variación neta de cualquier propiedad de estado es cero, ya que el estado final coincide con el inicial. 9. Presión en un fluido y tipos de presión La presión es la fuerza ejercida por un fluido por unidad de superficie, debida al movimiento y colisión de sus moléculas. Presión absoluta: presión medida respecto al vacío absoluto. Presión manométrica: diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. Presión de vacío: diferencia entre la presión atmosférica y una presión absoluta inferior a esta. 10. Propiedad intrínseca Una propiedad intrínseca es una magnitud cuyo valor depende de la naturaleza de la sustancia que compone el sistema. Está relacionada con la constitución interna del material y no con factores externos o geométricos. 11. Energía interna: punto de vista microscópico y macroscópico Desde un punto de vista microscópico, la energía interna es la suma de todas las formas de energía asociadas a la estructura molecular y subatómica del sistema. Incluye: energía de traslación molecular, energía de rotación y vibración molecular, energía de los electrones, energía de espín electrónico y nuclear. Desde un punto de vista macroscópico, la energía interna se considera como una única propiedad global del sistema, sin entrar en el detalle de sus componentes microscópicas. Es una propiedad intrínseca y extensiva, y se representa por 𝑈 12. Convenio de signos del trabajo termodinámico Según el convenio de signos estándar: 𝑊 > 0: trabajo realizado por el sistema sobre el entorno. 𝑊 < 0: trabajo realizado sobre el sistema por el entorno. Este criterio se aplica tanto al trabajo mecánico general como al trabajo de expansión o compresión 13. Expresión del trabajo de expansión o compresión en cuasiequilibrio En un sistema cerrado que experimenta un proceso cuasiestático, el trabajo de expansión o compresión viene dado por: 𝑊 = ∫ 𝑝 𝑑𝑉 𝑉2 𝑉1 donde la presión 𝑝es uniforme en cada estado intermedio del proceso. Esta expresión corresponde al área bajo la curva en un diagrama P–V 14. El trabajo como función de trayectoria El trabajo no es una propiedad, ya que depende del camino seguido por el sistema durante el proceso, no solo de los estados inicial y final. En un diagrama P–V, dos procesos distintos que conectan los mismos estados pueden tener: distintas curvas, distintas áreas bajo la curva, y por tanto distintos valores de trabajo. Por ello, el trabajo se denomina función de trayectoria y su diferencial es inexacta (𝛿𝑊) 15. Potencia y relación con el trabajo La potencia es el trabajo realizado por unidad de tiempo. Se define como: 𝑊̇ = 𝛿𝑊 𝛿𝑡 y el trabajo total puede obtenerse integrando la potencia en el tiempo: 𝑊 = ∫ 𝑊 ˙ 𝑡2 𝑡1 𝑑𝑡 La unidad de la potencia es el vatio (W = J/s). 1. Concepto de sistema termodinámico y diferencia entre sistema cerrado y abierto Un sistema termodinámico es una porción del entorno que se selecciona para su estudio, separada del resto del universo mediante unos límites o fronteras reales o imaginarios. La interacción del sistema con el entorno se produce exclusivamente a través de estas fronteras Sistema cerrado (control de masa): La masa del sistema permanece constante; no entra ni sale masa a través de sus fronteras, aunque sí puede intercambiar energía (calor y/o trabajo) con el entorno. Sistema abierto (control de volumen): La masa puede entrar y/o salir del sistema a través de partes de la superficie de control, además del intercambio de energía. 2. Sistema cuyas fronteras no permiten intercambio de masa ni de energía Un sistema cuyas fronteras no permiten intercambio ni de masa ni de energía con el entorno se clasifica como un sistema aislado. En este tipo de sistema no existe transferencia de calor, trabajo ni masa a través de los límites del sistema 3. Diferencia entre propiedad intensiva y extensiva (con ejemplos) Una propiedad es una carácterística macroscópica y cuantificable de un sistema. Propiedad extensiva: Su valor es aditivo, es decir, igual a la suma de los valores de las partes en que se divide el sistema. Ejemplos: masa, volumen. Propiedad intensiva: Su valor no depende del tamaño del sistema, ni es la suma de las partes, sino del punto considerado. Ejemplos: temperatura, presión, densidad. 4. Condiciones para el equilibrio termodinámico completo Un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico completo cuando no presenta ninguna tendencia espontánea a cambiar su estado. Para ello deben cumplirse simultáneamente cuatro tipos de equilibrio: Equilibrio mecánico: fuerzas y momentos equilibrados. Equilibrio térmico: ausencia de gradientes de temperatura. Equilibrio químico: composición uniforme en todo el sistema. Equilibrio físico: mismo estado físico en todo el sistema. Cuando se cumplen los cuatro, las propiedades del sistema permanecen constantes en el tiempo 5. Proceso cuasiestático y su importancia Un proceso cuasiestático es aquel que se desarrolla de forma tan lenta que el sistema se desvía del equilibrio termodinámico solo de manera infinitesimal. Idealmente, todos los estados intermedios pueden considerarse estados de equilibrio. Su importancia radica en que: Permite definir propiedades en todo momento. Facilita el análisis teórico de los procesos. Es la base para definir procesos reversibles (cuando además no hay disipación de energía). 6. Principio Cero de la Termodinámica El Principio Cero de la Termodinámica establece que: Si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercero, entonces están en equilibrio térmico entre sí. Este principio permite definir la temperatura como una propiedad termodinámica y fundamenta el uso de termómetros y escalas de temperatura 7. Función de estado. ¿El trabajo y el calor lo son? Una función de estado es una propiedad cuyo valor depende únicamente del estado del sistema, no del camino seguido para alcanzarlo. Su variación solo depende de los estados inicial y final. Ejemplos: energía interna, entalpía. El trabajo y el calor no son funciones de estado, ya que: Dependen del proceso seguido, no solo de los estados inicial y final. Su valor cambia según la trayectoria del proceso. 8. Ciclo termodinámico y variación neta de propiedades Un ciclo termodinámico es una secuencia de procesos al final de la cual el sistema regresa a su estado inicial. Al completar un ciclo: La variación neta de cualquier propiedad de estado es cero, ya que el estado final coincide con el inicial. 9. Presión en un fluido y tipos de presión La presión es la fuerza ejercida por un fluido por unidad de superficie, debida al movimiento y colisión de sus moléculas. Presión absoluta: presión medida respecto al vacío absoluto. Presión manométrica: diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. Presión de vacío: diferencia entre la presión atmosférica y una presión absoluta inferior a esta. 10. Propiedad intrínseca Una propiedad intrínseca es una magnitud cuyo valor depende de la naturaleza de la sustancia que compone el sistema. Está relacionada con la constitución interna del material y no con factores externos o geométricos. 11. Energía interna: punto de vista microscópico y macroscópico Desde un punto de vista microscópico, la energía interna es la suma de todas las formas de energía asociadas a la estructura molecular y subatómica del sistema. Incluye: energía de traslación molecular, energía de rotación y vibración molecular, energía de los electrones, energía de espín electrónico y nuclear. Desde un punto de vista macroscópico, la energía interna se considera como una única propiedad global del sistema, sin entrar en el detalle de sus componentes microscópicas. Es una propiedad intrínseca y extensiva, y se representa por 𝑈 12. Convenio de signos del trabajo termodinámico Según el convenio de signos estándar: 𝑊 > 0: trabajo realizado por el sistema sobre el entorno. 𝑊 < 0: trabajo realizado sobre el sistema por el entorno. Este criterio se aplica tanto al trabajo mecánico general como al trabajo de expansión o compresión 13. Expresión del trabajo de expansión o compresión en cuasiequilibrio En un sistema cerrado que experimenta un proceso cuasiestático, el trabajo de expansión o compresión viene dado por: 𝑊 = ∫ 𝑝 𝑑𝑉 𝑉2 𝑉1 donde la presión 𝑝es uniforme en cada estado intermedio del proceso. Esta expresión corresponde al área bajo la curva en un diagrama P–V 14. El trabajo como función de trayectoria El trabajo no es una propiedad, ya que depende del camino seguido por el sistema durante el proceso, no solo de los estados inicial y final. En un diagrama P–V, dos procesos distintos que conectan los mismos estados pueden tener: distintas curvas, distintas áreas bajo la curva, y por tanto distintos valores de trabajo. Por ello, el trabajo se denomina función de trayectoria y su diferencial es inexacta (𝛿𝑊) 15. Potencia y relación con el trabajo La potencia es el trabajo realizado por unidad de tiempo. Se define como: 𝑊̇ = 𝛿𝑊 𝛿𝑡 y el trabajo total puede obtenerse integrando la potencia en el tiempo: 𝑊 = ∫ 𝑊 ˙ 𝑡2 𝑡1 𝑑𝑡 La unidad de la potencia es el vatio (W = J/s) .1. Concepto de sistema termodinámico y diferencia entre sistema cerrado y abierto Un sistema termodinámico es una porción del entorno que se selecciona para su estudio, separada del resto del universo mediante unos límites o fronteras reales o imaginarios. La interacción del sistema con el entorno se produce exclusivamente a través de estas fronteras Sistema cerrado (control de masa): La masa del sistema permanece constante; no entra ni sale masa a través de sus fronteras, aunque sí puede intercambiar energía (calor y/o trabajo) con el entorno. Sistema abierto (control de volumen): La masa puede entrar y/o salir del sistema a través de partes de la superficie de control, además del intercambio de energía. 2. Sistema cuyas fronteras no permiten intercambio de masa ni de energía Un sistema cuyas fronteras no permiten intercambio ni de masa ni de energía con el entorno se clasifica como un sistema aislado. En este tipo de sistema no existe transferencia de calor, trabajo ni masa a través de los límites del sistema 3. Diferencia entre propiedad intensiva y extensiva (con ejemplos) Una propiedad es una carácterística macroscópica y cuantificable de un sistema. Propiedad extensiva: Su valor es aditivo, es decir, igual a la suma de los valores de las partes en que se divide el sistema. Ejemplos: masa, volumen. Propiedad intensiva: Su valor no depende del tamaño del sistema, ni es la suma de las partes, sino del punto considerado. Ejemplos: temperatura, presión, densidad. 4. Condiciones para el equilibrio termodinámico completo Un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico completo cuando no presenta ninguna tendencia espontánea a cambiar su estado. Para ello deben cumplirse simultáneamente cuatro tipos de equilibrio: Equilibrio mecánico: fuerzas y momentos equilibrados. Equilibrio térmico: ausencia de gradientes de temperatura. Equilibrio químico: composición uniforme en todo el sistema. Equilibrio físico: mismo estado físico en todo el sistema. Cuando se cumplen los cuatro, las propiedades del sistema permanecen constantes en el tiempo 5. Proceso cuasiestático y su importancia Un proceso cuasiestático es aquel que se desarrolla de forma tan lenta que el sistema se desvía del equilibrio termodinámico solo de manera infinitesimal. Idealmente, todos los estados intermedios pueden considerarse estados de equilibrio. Su importancia radica en que: Permite definir propiedades en todo momento. Facilita el análisis teórico de los procesos. Es la base para definir procesos reversibles (cuando además no hay disipación de energía). 6. Principio Cero de la Termodinámica El Principio Cero de la Termodinámica establece que: Si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercero, entonces están en equilibrio térmico entre sí. Este principio permite definir la temperatura como una propiedad termodinámica y fundamenta el uso de termómetros y escalas de temperatura 7. Función de estado. ¿El trabajo y el calor lo son? Una función de estado es una propiedad cuyo valor depende únicamente del estado del sistema, no del camino seguido para alcanzarlo. Su variación solo depende de los estados inicial y final. Ejemplos: energía interna, entalpía. El trabajo y el calor no son funciones de estado, ya que: Dependen del proceso seguido, no solo de los estados inicial y final. Su valor cambia según la trayectoria del proceso. 8. Ciclo termodinámico y variación neta de propiedades Un ciclo termodinámico es una secuencia de procesos al final de la cual el sistema regresa a su estado inicial. Al completar un ciclo: La variación neta de cualquier propiedad de estado es cero, ya que el estado final coincide con el inicial. 9. Presión en un fluido y tipos de presión La presión es la fuerza ejercida por un fluido por unidad de superficie, debida al movimiento y colisión de sus moléculas. Presión absoluta: presión medida respecto al vacío absoluto. Presión manométrica: diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. Presión de vacío: diferencia entre la presión atmosférica y una presión absoluta inferior a esta. 10. Propiedad intrínseca Una propiedad intrínseca es una magnitud cuyo valor depende de la naturaleza de la sustancia que compone el sistema. Está relacionada con la constitución interna del material y no con factores externos o geométricos. 11. Energía interna: punto de vista microscópico y macroscópico Desde un punto de vista microscópico, la energía interna es la suma de todas las formas de energía asociadas a la estructura molecular y subatómica del sistema. Incluye: energía de traslación molecular, energía de rotación y vibración molecular, energía de los electrones, energía de espín electrónico y nuclear. Desde un punto de vista macroscópico, la energía interna se considera como una única propiedad global del sistema, sin entrar en el detalle de sus componentes microscópicas. Es una propiedad intrínseca y extensiva, y se representa por 𝑈 12. Convenio de signos del trabajo termodinámico Según el convenio de signos estándar: 𝑊 > 0: trabajo realizado por el sistema sobre el entorno. 𝑊 < 0: trabajo realizado sobre el sistema por el entorno. Este criterio se aplica tanto al trabajo mecánico general como al trabajo de expansión o compresión 13. Expresión del trabajo de expansión o compresión en cuasiequilibrio En un sistema cerrado que experimenta un proceso cuasiestático, el trabajo de expansión o compresión viene dado por: 𝑊 = ∫ 𝑝 𝑑𝑉 𝑉2 𝑉1 donde la presión 𝑝es uniforme en cada estado intermedio del proceso. Esta expresión corresponde al área bajo la curva en un diagrama P–V 14. El trabajo como función de trayectoria El trabajo no es una propiedad, ya que depende del camino seguido por el sistema durante el proceso, no solo de los estados inicial y final. En un diagrama P–V, dos procesos distintos que conectan los mismos estados pueden tener: distintas curvas, distintas áreas bajo la curva, y por tanto distintos valores de trabajo. Por ello, el trabajo se denomina función de trayectoria y su diferencial es inexacta (𝛿𝑊) 15. Potencia y relación con el trabajo La potencia es el trabajo realizado por unidad de tiempo. Se define como: 𝑊̇ = 𝛿𝑊 𝛿𝑡 y el trabajo total puede obtenerse integrando la potencia en el tiempo: 𝑊 = ∫ 𝑊 ˙ 𝑡2 𝑡1 𝑑𝑡 La unidad de la potencia es el vatio (W = J/s) 1. Concepto de sistema termodinámico y diferencia entre sistema cerrado y abierto Un sistema termodinámico es una porción del entorno que se selecciona para su estudio, separada del resto del universo mediante unos límites o fronteras reales o imaginarios. La interacción del sistema con el entorno se produce exclusivamente a través de estas fronteras Sistema cerrado (control de masa): La masa del sistema permanece constante; no entra ni sale masa a través de sus fronteras, aunque sí puede intercambiar energía (calor y/o trabajo) con el entorno. Sistema abierto (control de volumen): La masa puede entrar y/o salir del sistema a través de partes de la superficie de control, además del intercambio de energía. 2. Sistema cuyas fronteras no permiten intercambio de masa ni de energía Un sistema cuyas fronteras no permiten intercambio ni de masa ni de energía con el entorno se clasifica como un sistema aislado. En este tipo de sistema no existe transferencia de calor, trabajo ni masa a través de los límites del sistema 3. Diferencia entre propiedad intensiva y extensiva (con ejemplos) Una propiedad es una carácterística macroscópica y cuantificable de un sistema. Propiedad extensiva: Su valor es aditivo, es decir, igual a la suma de los valores de las partes en que se divide el sistema. Ejemplos: masa, volumen. Propiedad intensiva: Su valor no depende del tamaño del sistema, ni es la suma de las partes, sino del punto considerado. Ejemplos: temperatura, presión, densidad. 4. Condiciones para el equilibrio termodinámico completo Un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico completo cuando no presenta ninguna tendencia espontánea a cambiar su estado. Para ello deben cumplirse simultáneamente cuatro tipos de equilibrio: Equilibrio mecánico: fuerzas y momentos equilibrados. Equilibrio térmico: ausencia de gradientes de temperatura. Equilibrio químico: composición uniforme en todo el sistema. Equilibrio físico: mismo estado físico en todo el sistema. Cuando se cumplen los cuatro, las propiedades del sistema permanecen constantes en el tiempo 5. Proceso cuasiestático y su importancia Un proceso cuasiestático es aquel que se desarrolla de forma tan lenta que el sistema se desvía del equilibrio termodinámico solo de manera infinitesimal. Idealmente, todos los estados intermedios pueden considerarse estados de equilibrio. Su importancia radica en que: Permite definir propiedades en todo momento. Facilita el análisis teórico de los procesos. Es la base para definir procesos reversibles (cuando además no hay disipación de energía). 6. Principio Cero de la Termodinámica El Principio Cero de la Termodinámica establece que: Si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercero, entonces están en equilibrio térmico entre sí. Este principio permite definir la temperatura como una propiedad termodinámica y fundamenta el uso de termómetros y escalas de temperatura 7. Función de estado. ¿El trabajo y el calor lo son? Una función de estado es una propiedad cuyo valor depende únicamente del estado del sistema, no del camino seguido para alcanzarlo. Su variación solo depende de los estados inicial y final. Ejemplos: energía interna, entalpía. El trabajo y el calor no son funciones de estado, ya que: Dependen del proceso seguido, no solo de los estados inicial y final. Su valor cambia según la trayectoria del proceso. 8. Ciclo termodinámico y variación neta de propiedades Un ciclo termodinámico es una secuencia de procesos al final de la cual el sistema regresa a su estado inicial. Al completar un ciclo: La variación neta de cualquier propiedad de estado es cero, ya que el estado final coincide con el inicial. 9. Presión en un fluido y tipos de presión La presión es la fuerza ejercida por un fluido por unidad de superficie, debida al movimiento y colisión de sus moléculas. Presión absoluta: presión medida respecto al vacío absoluto. Presión manométrica: diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. Presión de vacío: diferencia entre la presión atmosférica y una presión absoluta inferior a esta. 10. Propiedad intrínseca Una propiedad intrínseca es una magnitud cuyo valor depende de la naturaleza de la sustancia que compone el sistema. Está relacionada con la constitución interna del material y no con factores externos o geométricos. 11. Energía interna: punto de vista microscópico y macroscópico Desde un punto de vista microscópico, la energía interna es la suma de todas las formas de energía asociadas a la estructura molecular y subatómica del sistema. Incluye: energía de traslación molecular, energía de rotación y vibración molecular, energía de los electrones, energía de espín electrónico y nuclear. Desde un punto de vista macroscópico, la energía interna se considera como una única propiedad global del sistema, sin entrar en el detalle de sus componentes microscópicas. Es una propiedad intrínseca y extensiva, y se representa por 𝑈 12. Convenio de signos del trabajo termodinámico Según el convenio de signos estándar: 𝑊 > 0: trabajo realizado por el sistema sobre el entorno. 𝑊 < 0: trabajo realizado sobre el sistema por el entorno. Este criterio se aplica tanto al trabajo mecánico general como al trabajo de expansión o compresión 13. Expresión del trabajo de expansión o compresión en cuasiequilibrio En un sistema cerrado que experimenta un proceso cuasiestático, el trabajo de expansión o compresión viene dado por: 𝑊 = ∫ 𝑝 𝑑𝑉 𝑉2 𝑉1 donde la presión 𝑝es uniforme en cada estado intermedio del proceso. Esta expresión corresponde al área bajo la curva en un diagrama P–V 14. El trabajo como función de trayectoria El trabajo no es una propiedad, ya que depende del camino seguido por el sistema durante el proceso, no solo de los estados inicial y final. En un diagrama P–V, dos procesos distintos que conectan los mismos estados pueden tener: distintas curvas, distintas áreas bajo la curva, y por tanto distintos valores de trabajo. Por ello, el trabajo se denomina función de trayectoria y su diferencial es inexacta (𝛿𝑊) 15. Potencia y relación con el trabajo La potencia es el trabajo realizado por unidad de tiempo. Se define como: 𝑊̇ = 𝛿𝑊 𝛿𝑡 y el trabajo total puede obtenerse integrando la potencia en el tiempo: 𝑊 = ∫ 𝑊 ˙ 𝑡2 𝑡1 𝑑𝑡 La unidad de la potencia es el vatio (W = J/s) 1. Concepto de sistema termodinámico y diferencia entre sistema cerrado y abierto Un sistema termodinámico es una porción del entorno que se selecciona para su estudio, separada del resto del universo mediante unos límites o fronteras reales o imaginarios. La interacción del sistema con el entorno se produce exclusivamente a través de estas fronteras Sistema cerrado (control de masa): La masa del sistema permanece constante; no entra ni sale masa a través de sus fronteras, aunque sí puede intercambiar energía (calor y/o trabajo) con el entorno. Sistema abierto (control de volumen): La masa puede entrar y/o salir del sistema a través de partes de la superficie de control, además del intercambio de energía. 2. Sistema cuyas fronteras no permiten intercambio de masa ni de energía Un sistema cuyas fronteras no permiten intercambio ni de masa ni de energía con el entorno se clasifica como un sistema aislado. En este tipo de sistema no existe transferencia de calor, trabajo ni masa a través de los límites del sistema 3. Diferencia entre propiedad intensiva y extensiva (con ejemplos) Una propiedad es una carácterística macroscópica y cuantificable de un sistema. Propiedad extensiva: Su valor es aditivo, es decir, igual a la suma de los valores de las partes en que se divide el sistema. Ejemplos: masa, volumen. Propiedad intensiva: Su valor no depende del tamaño del sistema, ni es la suma de las partes, sino del punto considerado. Ejemplos: temperatura, presión, densidad. 4. Condiciones para el equilibrio termodinámico completo Un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico completo cuando no presenta ninguna tendencia espontánea a cambiar su estado. Para ello deben cumplirse simultáneamente cuatro tipos de equilibrio: Equilibrio mecánico: fuerzas y momentos equilibrados. Equilibrio térmico: ausencia de gradientes de temperatura. Equilibrio químico: composición uniforme en todo el sistema. Equilibrio físico: mismo estado físico en todo el sistema. Cuando se cumplen los cuatro, las propiedades del sistema permanecen constantes en el tiempo 5. Proceso cuasiestático y su importancia Un proceso cuasiestático es aquel que se desarrolla de forma tan lenta que el sistema se desvía del equilibrio termodinámico solo de manera infinitesimal. Idealmente, todos los estados intermedios pueden considerarse estados de equilibrio. Su importancia radica en que: Permite definir propiedades en todo momento. Facilita el análisis teórico de los procesos. Es la base para definir procesos reversibles (cuando además no hay disipación de energía). 6. Principio Cero de la Termodinámica El Principio Cero de la Termodinámica establece que: Si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercero, entonces están en equilibrio térmico entre sí. Este principio permite definir la temperatura como una propiedad termodinámica y fundamenta el uso de termómetros y escalas de temperatura 7. Función de estado. ¿El trabajo y el calor lo son? Una función de estado es una propiedad cuyo valor depende únicamente del estado del sistema, no del camino seguido para alcanzarlo. Su variación solo depende de los estados inicial y final. Ejemplos: energía interna, entalpía. El trabajo y el calor no son funciones de estado, ya que: Dependen del proceso seguido, no solo de los estados inicial y final. Su valor cambia según la trayectoria del proceso. 8. Ciclo termodinámico y variación neta de propiedades Un ciclo termodinámico es una secuencia de procesos al final de la cual el sistema regresa a su estado inicial. Al completar un ciclo: La variación neta de cualquier propiedad de estado es cero, ya que el estado final coincide con el inicial. 9. Presión en un fluido y tipos de presión La presión es la fuerza ejercida por un fluido por unidad de superficie, debida al movimiento y colisión de sus moléculas. Presión absoluta: presión medida respecto al vacío absoluto. Presión manométrica: diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. Presión de vacío: diferencia entre la presión atmosférica y una presión absoluta inferior a esta. 10. Propiedad intrínseca Una propiedad intrínseca es una magnitud cuyo valor depende de la naturaleza de la sustancia que compone el sistema. Está relacionada con la constitución interna del material y no con factores externos o geométricos. 11. Energía interna: punto de vista microscópico y macroscópico Desde un punto de vista microscópico, la energía interna es la suma de todas las formas de energía asociadas a la estructura molecular y subatómica del sistema. Incluye: energía de traslación molecular, energía de rotación y vibración molecular, energía de los electrones, energía de espín electrónico y nuclear. Desde un punto de vista macroscópico, la energía interna se considera como una única propiedad global del sistema, sin entrar en el detalle de sus componentes microscópicas. Es una propiedad intrínseca y extensiva, y se representa por 𝑈 12. Convenio de signos del trabajo termodinámico Según el convenio de signos estándar: 𝑊 > 0: trabajo realizado por el sistema sobre el entorno. 𝑊 < 0: trabajo realizado sobre el sistema por el entorno. Este criterio se aplica tanto al trabajo mecánico general como al trabajo de expansión o compresión 13. Expresión del trabajo de expansión o compresión en cuasiequilibrio En un sistema cerrado que experimenta un proceso cuasiestático, el trabajo de expansión o compresión viene dado por: 𝑊 = ∫ 𝑝 𝑑𝑉 𝑉2 𝑉1 donde la presión 𝑝es uniforme en cada estado intermedio del proceso. Esta expresión corresponde al área bajo la curva en un diagrama P–V 14. El trabajo como función de trayectoria El trabajo no es una propiedad, ya que depende del camino seguido por el sistema durante el proceso, no solo de los estados inicial y final. En un diagrama P–V, dos procesos distintos que conectan los mismos estados pueden tener: distintas curvas, distintas áreas bajo la curva, y por tanto distintos valores de trabajo. Por ello, el trabajo se denomina función de trayectoria y su diferencial es inexacta (𝛿𝑊) 15. Potencia y relación con el trabajo La potencia es el trabajo realizado por unidad de tiempo. Se define como: 𝑊̇ = 𝛿𝑊 𝛿𝑡 y el trabajo total puede obtenerse integrando la potencia en el tiempo: 𝑊 = ∫ 𝑊 ˙ 𝑡2 𝑡1 𝑑𝑡 La unidad de la potencia es el vatio (W = J/s) 1. Concepto de sistema termodinámico y diferencia entre sistema cerrado y abierto Un sistema termodinámico es una porción del entorno que se selecciona para su estudio, separada del resto del universo mediante unos límites o fronteras reales o imaginarios. La interacción del sistema con el entorno se produce exclusivamente a través de estas fronteras Sistema cerrado (control de masa): La masa del sistema permanece constante; no entra ni sale masa a través de sus fronteras, aunque sí puede intercambiar energía (calor y/o trabajo) con el entorno. Sistema abierto (control de volumen): La masa puede entrar y/o salir del sistema a través de partes de la superficie de control, además del intercambio de energía. 2. Sistema cuyas fronteras no permiten intercambio de masa ni de energía Un sistema cuyas fronteras no permiten intercambio ni de masa ni de energía con el entorno se clasifica como un sistema aislado. En este tipo de sistema no existe transferencia de calor, trabajo ni masa a través de los límites del sistema 3. Diferencia entre propiedad intensiva y extensiva (con ejemplos) Una propiedad es una carácterística macroscópica y cuantificable de un sistema. Propiedad extensiva: Su valor es aditivo, es decir, igual a la suma de los valores de las partes en que se divide el sistema. Ejemplos: masa, volumen. Propiedad intensiva: Su valor no depende del tamaño del sistema, ni es la suma de las partes, sino del punto considerado. Ejemplos: temperatura, presión, densidad. 4. Condiciones para el equilibrio termodinámico completo Un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico completo cuando no presenta ninguna tendencia espontánea a cambiar su estado. Para ello deben cumplirse simultáneamente cuatro tipos de equilibrio: Equilibrio mecánico: fuerzas y momentos equilibrados. Equilibrio térmico: ausencia de gradientes de temperatura. Equilibrio químico: composición uniforme en todo el sistema. Equilibrio físico: mismo estado físico en todo el sistema. Cuando se cumplen los cuatro, las propiedades del sistema permanecen constantes en el tiempo 5. Proceso cuasiestático y su importancia Un proceso cuasiestático es aquel que se desarrolla de forma tan lenta que el sistema se desvía del equilibrio termodinámico solo de manera infinitesimal. Idealmente, todos los estados intermedios pueden considerarse estados de equilibrio. Su importancia radica en que: Permite definir propiedades en todo momento. Facilita el análisis teórico de los procesos. Es la base para definir procesos reversibles (cuando además no hay disipación de energía). 6. Principio Cero de la Termodinámica El Principio Cero de la Termodinámica establece que: Si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercero, entonces están en equilibrio térmico entre sí. Este principio permite definir la temperatura como una propiedad termodinámica y fundamenta el uso de termómetros y escalas de temperatura 7. Función de estado. ¿El trabajo y el calor lo son? Una función de estado es una propiedad cuyo valor depende únicamente del estado del sistema, no del camino seguido para alcanzarlo. Su variación solo depende de los estados inicial y final. Ejemplos: energía interna, entalpía. El trabajo y el calor no son funciones de estado, ya que: Dependen del proceso seguido, no solo de los estados inicial y final. Su valor cambia según la trayectoria del proceso. 8. Ciclo termodinámico y variación neta de propiedades Un ciclo termodinámico es una secuencia de procesos al final de la cual el sistema regresa a su estado inicial. Al completar un ciclo: La variación neta de cualquier propiedad de estado es cero, ya que el estado final coincide con el inicial. 9. Presión en un fluido y tipos de presión La presión es la fuerza ejercida por un fluido por unidad de superficie, debida al movimiento y colisión de sus moléculas. Presión absoluta: presión medida respecto al vacío absoluto. Presión manométrica: diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. Presión de vacío: diferencia entre la presión atmosférica y una presión absoluta inferior a esta. 10. Propiedad intrínseca Una propiedad intrínseca es una magnitud cuyo valor depende de la naturaleza de la sustancia que compone el sistema. Está relacionada con la constitución interna del material y no con factores externos o geométricos. 11. Energía interna: punto de vista microscópico y macroscópico Desde un punto de vista microscópico, la energía interna es la suma de todas las formas de energía asociadas a la estructura molecular y subatómica del sistema. Incluye: energía de traslación molecular, energía de rotación y vibración molecular, energía de los electrones, energía de espín electrónico y nuclear. Desde un punto de vista macroscópico, la energía interna se considera como una única propiedad global del sistema, sin entrar en el detalle de sus componentes microscópicas. Es una propiedad intrínseca y extensiva, y se representa por 𝑈 12. Convenio de signos del trabajo termodinámico Según el convenio de signos estándar: 𝑊 > 0: trabajo realizado por el sistema sobre el entorno. 𝑊 < 0: trabajo realizado sobre el sistema por el entorno. Este criterio se aplica tanto al trabajo mecánico general como al trabajo de expansión o compresión 13. Expresión del trabajo de expansión o compresión en cuasiequilibrio En un sistema cerrado que experimenta un proceso cuasiestático, el trabajo de expansión o compresión viene dado por: 𝑊 = ∫ 𝑝 𝑑𝑉 𝑉2 𝑉1 donde la presión 𝑝es uniforme en cada estado intermedio del proceso. Esta expresión corresponde al área bajo la curva en un diagrama P–V 14. El trabajo como función de trayectoria El trabajo no es una propiedad, ya que depende del camino seguido por el sistema durante el proceso, no solo de los estados inicial y final. En un diagrama P–V, dos procesos distintos que conectan los mismos estados pueden tener: distintas curvas, distintas áreas bajo la curva, y por tanto distintos valores de trabajo. Por ello, el trabajo se denomina función de trayectoria y su diferencial es inexacta (𝛿𝑊) 15. Potencia y relación con el trabajo La potencia es el trabajo realizado por unidad de tiempo. Se define como: 𝑊̇ = 𝛿𝑊 𝛿𝑡 y el trabajo total puede obtenerse integrando la potencia en el tiempo: 𝑊 = ∫ 𝑊 ˙ 𝑡2 𝑡1 𝑑𝑡 La unidad de la potencia es el vatio (W = J/s) v