Termodinámica y Sistemas termodinámicos
La termodinámica es el estudio de las transformaciones de la energía. Dos de sus conceptos fundamentales son el calor y el trabajo. Antes se pensaba que el calor era un material llamado calórico, que fluía de una sustancia caliente a otra más fría. El ingeniero francés Sadi Carnot, que ayudó a sentar las bases de la termodinámica, creía que el trabajo resultaba del flujo de calórico, al igual que el flujo de agua hace trabajo al girar una rueda hidráulica. Algunas de las conclusiones de Carnot se conservan, pero ahora se sabe que no existe sustancia como el calórico. Unos 25 años después de que Carnot propusiera sus ideas a principios del principios del siglo XIX, el físico inglés James Joule demostró que el calor y el trabajo son simplemente dos formas de transferir energía.
Para seguir los cambios de energía en termodinámica, el mundo se divide en dos partes. La región de interés, como un matraz de gas, una mezcla de reacción o una fibra muscular, se llama sistema. Todo lo demás, como el baño de agua en el que se puede sumergir una mezcla de reacción, se denomina entorno. El entorno es el lugar en el que se observa la energía transferida dentro o fuera del sistema. El sistema y el entorno constituyen conjuntamente el universo. Sin embargo, a menudo la única parte del universo afectada significativamente por un proceso consiste en la muestra, un matraz y un baño de agua; en tales casos, que incluyen la mayoría de los procesos en este libro, sólo es necesario monitorear los cambios en el entorno inmediato de la muestra.
Existen tres tipos de sistemas
- Un sistema abierto puede intercambiar tanto materia como energía con el entorno.
- Un sistema cerrado tiene una cantidad fija de materia, pero puede intercambiar energía con el entorno.
- Un sistema aislado no puede intercambiar ni materia ni energía con el entorno.
Ejemplos de sistemas abiertos son los motores de los automóviles y el cuerpo humano. Un ejemplo de sistema cerrado es una compresa fría utilizada para tratar lesiones deportivas. Un sistema aislado puede considerarse que tiene paredes selladas, rígidas y térmicamente aislantes. Una buena aproximación a un sistema aislado es un líquido caliente dentro de una botella termo sellada.
En termodinámica, el universo está formado por un sistema y su entorno. Un sistema abierto puede intercambiar tanto materia como energía con el entorno; un sistema cerrado sólo puede intercambiar energía; un sistema aislado no puede intercambiar nada