Sistema termodinámico

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Un sistema termodinámico es una parte del Universo que se aísla para su estudio.

Este aislamiento se puede llevar a cabo de una manera real, en el campo experimental, por ejemplo una máquina térmica, o de una manera ideal como la máquina de Carnot, cuando se trata de abordar un estudio teórico.

Clasificación[editar]

Los sistemas termodinámicos se clasifican según el grado de aislamiento que presentan con su entorno.[1] Aplicando este criterio pueden darse tres clases de sistemas:

  • Sistema aislado: Es aquel que no intercambia ni materia ni energía[2] con su entorno, es decir se encuentra en equilibrio termodinámico. Un ejemplo de esta clase podría ser un gas encerrado en un recipiente de paredes rígidas lo suficientemente gruesas (paredes [adiabáticas]) como para considerar que los intercambios de energía calorífica[3] sean despreciables y que tampoco puede intercambiar energía en forma de trabajo.
  • Sistema cerrado: Es el que puede intercambiar energía pero no materia con el exterior. Multitud de sistemas se pueden englobar en esta clase. El mismo planeta Tierra[4] puede considerarse un sistema cerrado. Una lata de sardinas también podría estar incluida en esta clasificación.[5]
  • Sistema abierto: En esta clase se incluyen la mayoría de sistemas que pueden observarse en la vida cotidiana. Por ejemplo, un vehículo motorizado es un sistema abierto, ya que intercambia materia con el exterior cuando es cargado, o su conductor se introduce en su interior para conducirlo, o es provisto de combustible al repostarse, o se consideran los gases que emite por su tubo de escape pero, además, intercambia energía con el entorno. Solo hay que comprobar el calor que desprende el motor y sus inmediaciones o el trabajo que puede efectuar acarreando carga.

Existen otros criterios para la clasificación de sistemas. La homogeneidad que pueda presentar un sistema es uno de ellos. De esta manera se habla de sistemas:

  • Homogéneos, si las propiedades macroscópicas de cualquier parte del sistema son iguales en cualquier parte o porción del mismo. El estado de agregación en el que puede presentarse el sistema puede ser cualquiera. Por ejemplo, una sustancia sólida, pura, que se encuentra cristalizada formando un monocristal es un sistema homogéneo, pero también lo puede ser una cierta porción de agua pura o una disolución, o un gas retenido en un recipiente cerrado.

En Termodinámica, los sistemas elegidos para su estudio presentan, usualmente, una especial simplicidad. Los sistemas que se estudian son, generalmente, aquellos cuyo estado queda perfectamente determinado por un tema de variables de estado. Por ejemplo, el estado de un gas puede ser descrito perfectamente con los valores de la presión que hay en el mismo, la temperatura que presenta y el volumen que ocupa. En esta clase de sistemas, las variables no son absolutamente independientes, ya que existen ligaduras entre ellas que pueden ser descritas mediante ecuaciones de estado.

Paredes termodinámicas[editar]

Animación: contracción y expansión de un gas en un sistema cerrado de paredes móviles.

Para la descripción de las relaciones existentes entre los sistemas termodinámicos y su entorno, se define el contorno termodinámico como un conjunto de paredes termodinámicas cerradas entre sí de forma que, además de delimitar y confinar al sistema, nos informan sobre los equilibrios que pudiera tener el sistema con el resto del universo.

Paredes restrictivas o ligaduras[editar]

  • Adiabáticas: No permiten el paso de energía térmica (calor).
  • Rígidas: No pueden desplazarse, es decir, no permiten el cambio de volumen del sistema.
  • Impermeables: No permiten el paso de materia.

Paredes permisivas o contactos[editar]

  • Diatérmanas: Permiten el paso de energía térmica.
  • Móviles: Pueden desplazarse.
  • Permeables: Permiten el paso de materia.

Véase también[editar]

Notas[editar]

  1. Se considera entorno aquella parte del Universo que no es el sistema. Teóricamente, ese entorno es el resto del Universo, pero a nivel práctico se restringe a las inmediaciones del sistema
  2. Un sistema tiene múltiples maneras de intercambiar energía con el medio. Una de ellas puede ser mediante una transferencia neta de calor, aunque también se pueden considerar intercambios de tipo mecánico, en el que se tienen en cuenta las deformaciones del contorno donde se encuentra confinado el sistema
  3. Es importante entender la diferencia entre energía térmica y calor. El calor es una <<energía en tránsito>>, concretamente la transferencia de energía que se da entre dos cuerpos que están en contacto directo, o casi, y que se encuentran a distintas temperaturas. Comúnmente, se habla de <<flujo neto de calor>> del objeto caliente al frío. A pesar de que el término de calor en sí mismo implica transeferencia de energía, por costumbre se utilizan las expresiones <<calor absorbido>> o <<calor liberado>> para describir los cambios energéticos que ocurren durante un proceso
  4. Si no se tienen en cuenta los intercambios de materia que pueden tener lugar como consecuencia de la llegada de los asteroides o meteoritos que llegan a su superficie
  5. Como puede comprobarse no existen restricciones sobre el tamaño del sistema. El sistema puede ser inclusive el propio Universo

Referencias[editar]

  • Termodinámica Química. Juan A. Rodríguez Renuncio, Juan J. Ruiz Sánchez, José S. Urieta Navarro, Editorial Síntesis
  • Equations o State in Engineering and Reserch. Chao, K. C., Robinson, R. L. (editores), ACS 182. American Chemical Society, Washington, 1.979
  • Thermodynamics. Lewis, G. N. y Randall, Editorial McGraw Hill, 1.961