Termodinámica básica
ENERGIA
1. La energía, que sólo se define entre dos estados de un sistema impermeable, se define como el trabajo adiabático necesario pare pasar de un estado a otro, lo cual permite su medida inequívoca. El trabajo termodinámico es una variable primaria extraída de la Mecánica, pero que en Termodinámica sólo se refiere a la energía mecánica (o equivalente) transvasada a través de una frontera impermeable.
2. El calor es la energía no mecánica (ni equivalente) transvasada a través de una frontera impermeable.
ENTROPIA
1. Las consecuencias del equilibrio son :
- la temperatura de las partes de un sistema en equilibrio ha de ser uniforme.
- no puede haber velocidades relativas entre sus partes.
- los potenciales químicos de las especies conservativas han de ser iguales en todas sus partes (si no hay campos externos de fuerzas).
- la presión de las partes de un sistema en equilibrio ha de ser uniforme (si no hay campos externos de fuerzas).
2. Se define la generación de entropía en un sistema, como el exceso de la variación de entropía del sistema una vez descontada la que fluye por la frontera, y se demuestra que es siempre positiva.
EXERGíA
1. Se demuestra que el trabajo limite (el mínimo necesario o, cambiado de signo, el máximo obtenible) pare pasar de un estado a otro es aquél que no genera entropía en el universo.
2. Se define el trabajo útil como la parte del trabajo total que fluye a través de la frontera y no es intercambiada con la atmósfera (que se considera como trabajo inútil).
3. En cualquier caso, se define la exergía (en realidad sólo su variación entre dos estados) como el trabajo útil mínimo pare pasar de uno a otro, y la irreversibilidad como la diferencia entre el trabajo útil real y el trabajo útil límite.
PRINCIPIOS DE LA TERMODINÁMICA
Los Principios (verdades experimentales que no requieren demostración) en los que se basaba la Termodinámica clásica se pueden resumir así:
Principio Cero: existe una función, que llamamos temperatura, que caracteriza el estado térmico del sistema, tal que si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercero, también lo están entre sí (Maxwell-1870).
Primer Principio: existe una función, llamada energía, que no varia en la evolución que sigue a la liberación de restricciones en un sistema aislado. Si el sistema realiza un proceso cíclico, la energía neta intercambiada en forma de calor y en forma de trabajo son numéricamente iguales (y de signo contrario), lo que indica que se puede definir un equivalente mecánico del calor (Joule- 1842).
Segundo Principio: no se puede extraer indefinidamente (cíclicamente) trabajo a partir de una sola fuente térmica (Carnot-1824) y ello implica que existe una función, que llamamos entropía, que siempre aumenta en la evolución que sigue a la liberación de restricciones en un sistema aislado (Clausius- 1857).
Tercer Principio: la función entropía tiende a cero cuando la temperatura (absoluta) tiende a cero, para toda sustancia en equilibrio termodinámico (Nernst-1906). Este principio sólo se utiliza en la Termodinámica química.
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