14.2: Definiciones básicas

En la termodinámica, un sistema es un dominio espacial delimitado con el propósito de describir un problema; mientras que los alrededores son todo el dominio espacial fuera del sistema. La comunicación entre ellos se establece a través de los límites del sistema. El sistema y el entorno conforman el universo.

El sistema y los alrededores interactúan entre sí. Como comentamos anteriormente, un tipo de problema termodinámico es el de predecir cambios en un sistema debido a interacciones con su entorno. Un sistema está abierto si puede intercambiar masa con el entorno, y cerrado si no intercambia masa con el entorno. Un sistema es adiabático si no intercambia energía térmica con el entorno. Llamamos a un sistema aislado si no hay calor ni masa cruzando sus límites.

Las propiedades termodinámicas se pueden dividir en dos clases generales: propiedades intensivas y extensas. Una propiedad intensiva es aquella cuyo valor es independiente del tamaño, extensión o masa del sistema, e incluye presión, temperatura y densidad. Por el contrario, el valor de una propiedad extensa cambia directamente con la masa. La masa y el volumen son ejemplos de propiedades extensas. Las propiedades extensas por unidad de masa, como el volumen específico, son propiedades intensivas.

Un sistema es homogéneo si tiene propiedades uniformes en todas partes, es decir, una propiedad como la densidad tiene el mismo valor de punto a punto en sentido macroscópico. Una fase se define como una cantidad de materia que es homogénea en todo momento. De ahí que un sistema homogéneo es, esencialmente, un sistema monofásico. Un sistema heterogéneo es uno con propiedades no uniformes, y por lo tanto, está formado por fases que se pueden distinguir entre sí por la presencia de interfaces.

El estado es la coordenada termodinámica del sistema, especificada por una serie de variables intensivas. El grado de libertad es el número de variables intensivas necesarias para definir el estado del sistema. Las funciones estatales son aquellas cuyos cambios dependen únicamente de sus estados finales y son independientes del camino entre ellos.

Un proceso es la serie de estados sucesivos e intermedios por los que atraviesa el sistema para pasar de un estado inicial a un estado final. Un proceso es isotérmico o isobárico si las temperaturas o presiones de todas las etapas sucesivas son las mismas, respectivamente. Un proceso reversible es aquel para el cual el intercambio de energía entre el sistema y su entorno se realiza bajo gradientes de fuga o fuerzas impulsoras; es decir, se equilibran las propiedades del sistema y el entorno. En un proceso reversible, cada paso del proceso puede ser “invertido” y los estados originales del sistema y alrededores pueden ser restaurados. Cualquier proceso que no se lleve a cabo bajo gradientes infinitesimales es irreversible. Estrictamente hablando, un proceso reversible es una idealización.

Colaboradores y Atribuciones

•  Michael Adewumi (The Pennsylvania State University) Vice Provost for Global Program, Professor of Petroleum and Natural Gas Engineering