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TERMODINAMICA METALURGICA I PROF: MARIA ROSA JELCIC
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1.1 SISTEMA TERMODINAMICO
Sistema: cantidad de materia o una región en el espacio elegida para ser estudiada.
sistema
Alrededores: masa o región fuera del sistema.
Frontera: superficie real o imaginaria que separa al sistema de los alrededores.
alrededores frontera
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TIPOS DE SISTEMAS
Sistema cerrado (masa de control): constituido por una cantidad fija de masa.
No entra ni sale masa en un sistema cerrado.
La energía en forma de calor o trabajo puede cruzar la frontera.
El volumen no tiene que ser fijo.
Sistema cerrado
Masa
NO
Energía
SI
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•Sistema abierto o volumen de control:región seleccionada del espacio.
La masa y la energía pueden cruzar la frontera de un volumen de control.
La frontera se denomina superficie de control.
Volumen de control
masa
SI
energía
SI
superficie de control
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Sistema aislado: no tiene ninguna interacción con el entorno o alrededores.
Ni la masa ni la energía cruzan la frontera del sistema.
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Las relaciones termodinámicas aplicables a sistemas cerrados y abiertos son diferentes.
Por lo tanto es importante reconocer el tipo de sistema antes de comenzar el análisis del problema.
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1.2 PROPIEDADES DE UN SISTEMA
Es cualquier característica de un sistema.
No todas son independientes.
Ejemplos: m = 12 kg
V = 3 m3
T = 298 K
P = 3 atm
= 1 kg / m3
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Pueden ser:
• Intensivas: son independientes del tamaño del sistema. No dependen de la masa.
• Extensivas: dependen del tamaño del sistema. Dependen de la masa.
1/2 m
1/2 V
P
T
1/2 m
1/2 V
P
T
intensivas
extensivas
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Las propiedades extensivas se pueden transformar en intensivas:
• Específicas: si se refieren con respecto a la unidad de masa.
Ej: Volumen específico:
•Molares: si se refieren con respecto a la unidad de mol.
Ej: Volumen molar:
m
Vv
n
VV
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1.3 ESTADO: Conjunto de propiedades que definen la condición precisa en la que existe un sistema termodinámico.
Estado 1 Estado 2
m1 = 2 kg
T1 = 20ºC
V1 = 1m3
m2 = 2 kg
T2 = 30ºC
V2 = 3m3
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1.4 PROCESO: es una transformación que produce un cambio de estado del sistema (propiedades del sistema).
Estado Inicial trayectoria Estado Final
TRAYECTORIA: serie de estados por los cuales pasa un sistema durante un proceso.
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Ejemplos:
P
V
1 2P
V
1
2
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ISOTERMICOS: T = CTE
PROCESOS ISOBARICOS: P = CTE
ISOCORICOS o ISOMETRICOS:
V = CTE
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1.5 CICLO: Es un proceso al término del cual el sistema regresa a su estado inicial.
trayectoria
Estado Inicial = Estado Final
V
P1 2
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1.6 EQUILIBRIO: el sistema no experimenta cambios cuando se encuentra aislado de los alrededores.
ESTADO DE BALANCE
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•Es una condición en la que no existe tendencia al cambio en ninguna propiedad del sistema.
•Todas las propiedades termodinámicas tienen valores uniformes en cada parte del sistema.
•La única manera de producir cambios en las propiedades es a través de alguna interacción a través de la frontera del sistema.
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EQUILIBRIO TERMODINAMICO
•Equilibrio térmico: T es la misma en todo el sistema.
20ºC 25ºC
41ºC 35ºC
30ºC 30ºC
30ºC 30ºC
ANTES DESPUES
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•Equilibrio mecánico: P es la misma en todo el sistema. (Puede haber variación de P en el sistema como resultado de efectos gravitacionales).
•Equilibrio de fases: masa de cada fase alcanza un nivel de equilibrio.
•Equilibrio químico: la composición química del sistema no cambia con el tiempo.
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1.7 Proceso cuasiestático o de cuasiequilibrio: es un proceso ideal, suficientemente lento, en el cual las desviaciones a partir del equilibrio son infinitesimales.
compresión lenta
V1V2
sistema
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Los dispositivos que producen trabajo al operar en cuasiequilibrio entregan la mayor parte de trabajo.
Se puede considerar como estados de equilibrio a todos aquellos estados por los cuales atraviesa el sistema durante el proceso.
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1.8 Proceso fuera del equilibrio: ocurre si el sistema se desvía por más de una cantidad infinitesimal a partir del equilibrio.
La mayoría de los procesos reales son fuera del equilibrio.
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V1 V2 V1 V2
EXPANSION COMPRESION
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1.9 FUNCIONES DE ESTADO O DE PUNTO
Al producirse un cambio en el estado termodinámico:
Estado Inicial Estado Final
el cambio en el valor de la propiedad termodinámica es fijo y se define sólo por los estados extremos.
E (energía) dE
admite diferencial exacta
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1.10 FUNCIONES DE TRAYECTORIA:
dependen del tipo de proceso, es decir, de cómo se produce el cambio.
Q (calor) No admiten
W (trabajo) diferencial exacta
Q y W
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1.11 PROCESO REVERSIBLE: es una transformación ideal. Se caracteriza por permitir el retorno al estado inicial, pasando por una sucesión de estados de equilibrio sin producir alteración en los alrededores.
El sistema y los alrededores deben ser devueltos a sus estados iniciales respectivos.