Introducción¶
¿Qué es la termodinámica?¶
Es una ciencia en la que mediante una serie de conceptos y métodos nos permite discernir en qué casos un determinado sistema puede alcanzar el objetivo para el que ha sido diseñado y en cuales no.
Sirve para ver cómo se transforma una forma de energía en otra, qué limitaciones tienen estas transformaciones y cómo se puede utilizar la capacidad de transformación de la energía en el diseño de máquinas útiles.
Otras definiciones (menos afortunadas porque usan conceptos de la propia termodinámica):
- Ciencia que trata del calor, del trabajo y los cambios en aquellas propiedades de la materia que tienen relación con el calor y el trabajo.
- La ciencia de la energía y la entropía.
En el estudio de la termodinámica se considerará:
- cómo son afectadas las propiedades de un sistema por las interacciones que modifican su energía
- cómo la energía puede transformarse de una forma en otra
- qué limitaciones tienen estas transformaciones
- cómo se puede utilizar la capacidad de transformación de la energía en el diseño de máquinas útiles.
Posteriormente se definirán con precisión estas magnitudes (ya que sólo tenemos un conocimiento intuitivo de calor, trabajo, energía, propiedades, … y no sabemos lo que es la entropía). En general se profundizará sobre el concepto de energía y la forma en que ésta puede utilizarse con un mejor aprovechamiento.
La palabra termodinámica proviene de las griegas thermo (calor) y dynamics (potencia). Según esto, la termodinámica se definiría como la parte de la física que estudia la potencia que puede obtenerse del calor. Esta definición estaría de acuerdo con el objetivo inicial de los estudios termodinámicos en el pasado siglo XIX, que surgieron para conseguir mejorar el rendimiento de las máquinas de vapor.
Consideraciones¶
La hipótesis hace hipótesis de distribución de materia continua.
La termodinámica no formula ninguna hipótesis respecto a la constitución del sistema. Es decir, nada estipula sobre la naturaleza de los constituyentes de la materia (moléculas, átomos, protones, etc ).
En este tema se considerará el alcance y método de la termodinámica, distinguiéndolo del que es característico de la mecánica estadística, así como un conjunto de conceptos básicos necesarios para realizar su estudio.
Distribución de materia continua¶
En termodinámica se considera que la distribución de materia es continua. Se trabaja en el estadio macroscópico. Las dimensiones de los sistemas sometidos a estudio han de ser grandes respecto a las dimensiones atómicas
Los volúmenes mínimos pueden tender a cero (macroscópicamente hablando). Del orden de \(10^{-18}\) a \(10^{-15}m^3\). Esto representa el volumen de un cubo de hasta 1 micra de lado, o el de una esfera de hasta 0,6 micras de radio. Téngase en cuenta que en este volumen tiene que haber un gran número de partículas para que la hipótesis de distribución continua se cumpla. Suponiendo que el mencionado volumen contenga un gas en condiciones normales, el número de partículas sería muy alto (de \(10^6\) a \(10^9\)), por lo que las posibles variaciones aleatorias en el valor de las distintas propiedades que pueden definir el sistema resultan pequeñas y la hipótesis se cumple.