Sistema Termodinámico

En un sistema mecánico, o su estado queda determinado, si se conoce la posición y la velocidad de cada punto material del sistema. Si el sistema está formado por N objetos elementales o puntos materiales, sería entonces necesario el conocimiento de 6 × N variables (considerando un sistema a tres dimensiones, donde se tiene tres coordenadas de posición  y tres coordenadas de velocidad).

En termodinámica, los sistemas considerados poseen un altísimo  número de puntos materiales, nombrados átomos o moléculas, y de esa forma es impracticable la definición  del sistema con base en 6 variables  para cada objeto (3 de posición  y 3 de velocidad).

Sistema termodinámico

Un sistema termodinámico es una cantidad arbitraria de materia, cuyas propiedades pueden ser descritas únicamente y totalmente, especificando ciertos parámetros macroscópicos que pueden ser:

• Temperatura
• Presión
• Volumen

Y representan propiedades medias del sistema.

Los sistemas termodinámicos  se clasifican  como aislados, cerrados o abiertos.

Un sistema aislado no interactúa de modo alguno con el entorno. El contendor que contiene el sistema y lo delimita del entorno, es impermeable a la materia y no permite la transferencia de energía. De este modo la energía del sistema es una cantidad conservada, e incluso se aplica a la cantidad de materia.

Un sistema cerrado apenas permite el intercambio de energía con el entorno, no habiendo intercambio de materia. La energía deja de ser una cantidad conservada.

Un sistema abierto permite el intercambio de energía y materia con el entorno, luego esas cantidades pueden variar a lo largo del tiempo.

Las cantidades con las que podemos caracterizar un sistema termodinámico se llaman  variables de estado, que tienen el mismo valor en todas las partes del sistema. Normalmente las variables de estado no son cantidades independientes entre sí, o sea, el cambio de una variable, implica la alteración de una o más variables.

La  relación  matemática entre las variables de estado se llama  ecuación  de estado, la que permite prever el comportamiento del sistema para cambiar una o más variables de estado. El estado termodinámico de un sistema es entonces definido, especificando ciertas variables de estado y las correspondientes ecuaciones de estado.

Existen dos tipos de variables de estado: extensivas e intensivas.

Variables de estado extensivas

Son proporcionales a la cantidad de materia en el sistema, o sea, al número de partículas o masa.

Ejemplos de variables de estado extensivas son la energía total, el volumen y entropía. Si el sistema estuviese dividido en varias partes, el valor total de una variable extensiva es igual a la suma de los valores de esa variable para cada parte considerada.

Variables de estado intensivas

Son independientes de la cantidad de materia en el sistema.

Ejemplos de variables de estado intensivas son la temperatura y la presión. Las variables intensivas no son aditivas para las varias partes de un sistema, o sea, en un sistema constituido por varias partículas la temperatura del sistema nunca es la suma de la temperatura de cada partícula que lo constituye.

Equilibrio termodinámico

Hay equilibrio termodinámico entre dos sistemas o entre un sistema y el ambiente cuando existe, simultáneamente:

• equilibrio térmico – cuando la temperatura no se altera
• equilibrio mecánico – cuando el sistema no se expande ni se contrae
• equilibrio químico – cuando no hay alteraciones del sistema y de sus concentraciones

Por ejemplo, un gas contenido en un recipiente cerrado y de volumen constante, está en equilibrio termodinámico cuando la presión  es la misma en todos los puntos y su temperatura es igual a la del barrio.

Considere  ahora una transformación  de un sistema, de un estado inicial para un estado final, realizada a través de una sucesión continua de estados de equilibrio. Esa transformación puede ser reversible o no (irreversible).

Transformación  reversible

Manteniendo las condiciones del sistema termodinámico, una transformación reversible ocurre espontáneamente en los dos sentidos.

Transformación  irreversible

Una transformación  irreversible  solamente sucede naturalmente en un único sentido, o sea,  parte de un estado inicial  evoluciona  para un estado final, pero no vuelve espontáneamente a ese mismo estado inicial.