Segunda ley de la termodinámica
ResumenIntroducimos la segunda ley de la termodinámica para formalizar la afirmación de que un sistema que se deja a sí mismo se aproximará a un estado de equilibrio final estable. Un sistema abandonado completamente a sí mismo está aislado y no intercambia calor, trabajo o masa con su entorno, por lo que Q̇ = Ẇ = 0; para un sistema de este tipo, la segunda ley establece que en el equilibrio la entropía asumirá un máximo. Mientras que el estado inicial de un sistema suele ser inhomogéneo, en el equilibrio esperamos temperaturas homogéneas y velocidad cero, ya que la transferencia de calor interna equilibrará la temperatura, y la fricción interna disipará toda la energía cinética. Si se puede ignorar la gravedad, la presión y la densidad (en un sistema monofásico) también son homogéneas, de lo contrario podrían ser inhomogéneas, como, por ejemplo, en la fórmula barométrica.Palabras claveEstas palabras clave fueron añadidas por la máquina y no por los autores. Este proceso es experimental y las palabras clave pueden actualizarse a medida que mejore el algoritmo de aprendizaje.
Energía libre de Gibbs de equilibrio termodinámico
ImprimirIntuitivamente, el concepto de equilibrio transmite el mensaje de que algo “se equilibra”. El equilibrio describe un estado de desaparición de las fuerzas motrices o gradientes, en el que todo permanece como está. Si un sistema está en equilibrio, conserva su estado actual porque no hay fuerzas impulsoras que hagan cambiar nada.
Si dos materiales tienen la misma temperatura, decimos que están en equilibrio térmico. No hay intercambio de calor porque no hay gradientes térmicos. Por ejemplo, un líquido y una fase de vapor están en equilibrio térmico cuando:
Alcanzamos el equilibrio mecánico si dos sustancias se encuentran a la misma presión. No se produce ningún movimiento de masa de los fluidos porque no hay gradientes de presión. Una fase líquida y una fase vapor están en equilibrio mecánico cuando:
Para que un sistema termodinámico esté en equilibrio, todas las propiedades termodinámicas intensivas (temperatura, presión) y extensivas (U, G, A, H, S, etc) deben ser constantes. Por lo tanto, el cambio total de cualquiera de esas propiedades (
Equilibrio estable
Equilibrio La termodinámica es el estudio sistemático de las transformaciones de la materia y la energía en los sistemas en términos de un concepto llamado equilibrio termodinámico. La palabra equilibrio implica un estado de equilibrio. La termodinámica del equilibrio, en sus orígenes, deriva del análisis del ciclo de Carnot. Aquí, normalmente un sistema, como un cilindro de gas, inicialmente en su propio estado de equilibrio termodinámico interno, se desequilibra a través del aporte de calor de una reacción de combustión. Luego, a través de una serie de pasos, a medida que el sistema se asienta en su estado de equilibrio final, se extrae trabajo.
En un estado de equilibrio, los potenciales, o las fuerzas motrices, dentro del sistema, están en equilibrio exacto. Un objetivo central de la termodinámica del equilibrio es: dado un sistema en un estado inicial bien definido de equilibrio termodinámico, sujeto a restricciones especificadas con precisión, calcular, cuando las restricciones se cambian por una intervención impuesta externamente, cuál será el estado del sistema una vez que haya alcanzado un nuevo equilibrio. El estado de equilibrio se determina matemáticamente buscando los extremos de una función potencial termodinámica, cuya naturaleza depende de las restricciones impuestas al sistema. Por ejemplo, una reacción química a temperatura y presión constantes alcanzará el equilibrio en un mínimo de la energía libre de Gibbs de sus componentes y un máximo de su entropía.
Fórmula de equilibrio térmico
En termodinámica, se dice que un sistema termodinámico está en equilibrio termodinámico cuando está en equilibrio térmico, mecánico y químico. El estado local de un sistema en equilibrio termodinámico viene determinado por los valores de sus parámetros intensivos, como la presión, la temperatura, etc. En concreto, el equilibrio termodinámico se caracteriza por el mínimo de un potencial termodinámico, como la energía libre de Helmholtz, es decir, sistemas a temperatura y volumen constantes:
El proceso que conduce a un equilibrio termodinámico se denomina termización. Un ejemplo de ello es un sistema de partículas que interactúan y que no son perturbadas por influencias externas. Al interactuar, compartirán energía/momento entre ellas y alcanzarán un estado en el que las estadísticas globales no cambian en el tiempo.
La termodinámica se ocupa de los estados de equilibrio. La palabra “equilibrio” implica un estado de equilibrio. En un estado de equilibrio, no hay potenciales desequilibrados (o fuerzas impulsoras) con el sistema. Un sistema que está en equilibrio no experimenta cambios cuando está aislado de su entorno.
