Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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INTRODUCCIÓN Y CONCEPTOS BÁSICOS
El peso de un volumen unitario de una sustancia se llama peso específico y
se expresa como
Peso específico: g s rg 1N>m 3 2
(1-7)
donde g es la aceleración gravitacional.
Las densidades de líquidos son en esencia constantes y, por consiguiente,
se pueden aproximar como sustancias no compresibles durante la mayor parte
de los procesos sin sacrificar mucho en precisión.
m = 2 kg
m = 2 kg
T 2 = 20 °C
T V 2 = 2.5 m 3
1 = 20 °C
V 1 = 1.5 m 3
a) Estado 1
b) Estado 2
FIGURA 1-27
Un sistema en dos estados diferentes.
20 °C 23 °C
30 °C
35 °C 40°C
42 °C
32 °C 32 °C
32 °C
32 °C 32 °C
32 °C
a) Antes b) Después
FIGURA 1-28
Un sistema cerrado que alcanza el
equilibrio térmico.
1-6 ■ ESTADO Y EQUILIBRIO
Hay que considerar un sistema que no experimenta ningún cambio: en estas
circunstancias, todas las propiedades se pueden medir o calcular en el sistema,
lo cual da un conjunto de propiedades que describe por completo la condición,
o el estado, del sistema. En un estado específico, todas las propiedades de
un sistema tienen valores fijos, y si se cambia el valor de una propiedad, el
estado cambia a otro diferente. En la figura 1-27 se muestra un sistema en dos
estados diferentes.
La termodinámica trata con estados de equilibrio. La palabra equilibrio
define un estado de balance. En un estado de equilibrio no hay potenciales desbalanceados
(o fuerzas impulsoras) dentro del sistema, y éste no experimenta
cambios cuando es aislado de sus alrededores.
Hay muchos tipos de equilibrio, y un sistema no está en equilibrio termodinámico
a menos que se satisfagan las condiciones de todos los tipos necesarios
de equilibrio. Por ejemplo, un sistema está en equilibrio térmico si tiene
la misma temperatura en todo él, como se muestra en la figura 1-28. Es decir,
el sistema no implica diferencias de temperatura, que es la fuerza impulsora
para el flujo de calor. El equilibrio mecánico se relaciona con la presión, y
un sistema lo posee si con el tiempo no hay cambio de presión en alguno de
sus puntos. Sin embargo, en el interior del sistema la presión puede variar
con la elevación como resultado de efectos gravitacionales. Por ejemplo, la
mayor presión en una capa inferior se equilibra mediante el peso extra que
debe soportar y, por lo tanto, no hay desequilibrio de fuerzas. La variación de
la presión como resultado de la gravedad en la mayor parte de los sistemas
termodinámicos es relativamente pequeña y generalmente se ignora. Si en un
sistema hay dos fases, se encuentra en la fase de equilibrio cuando la masa
de cada fase alcanza un nivel de equilibrio y permanece allí. Por último, un
sistema está en equilibrio químico si su composición química no cambia con
el tiempo, es decir, si no ocurren reacciones químicas. Un sistema no estará
en equilibrio a menos que se satisfagan los criterios de equilibrio necesarios.
Postulado de estado
Como se mencionó, el estado de un sistema se describe mediante sus propiedades,
pero se sabe por experiencia que no es necesario especificarlas todas con
la finalidad de fijarlo. Una vez especificadas suficientes propiedades, el resto
asume automáticamente ciertos valores; es decir, especificar cierto número de
propiedades es suficiente para fijar un estado. El número de propiedades requeridas
para fijar el estado de un sistema se determina mediante el postulado de
estado:
El estado de un sistema compresible simple se especifica por completo mediante
dos propiedades intensivas independientes.