Un sistema termodinàmic és una part de lunivers físic amb un límit específic per a lobservació. Aquest límit pot estar definit per parets reals o imaginàries.
Un sistema conté allò que s'anomena un objecte d'estudi. Un objecte destudi és una substància amb una gran quantitat de molècules o àtoms. Aquest objecte està format per un volum geomètric de dimensions macroscòpiques sotmeses a condicions experimentals controlades.
Un sistema termodinàmic pot experimentar transformacions internes i intercanvia energia i/o matèria amb lentorn extern.
Definició: Què és un sistema termodinàmic?
Un sistema termodinàmic es defineix com una quantitat de matèria o una regió a l'espai sobre el qual es concentra l'atenció en l'anàlisi d'un problema.
Tot allò que forma part de l'exterior del sistema s'anomena entorn o entorn. El sistema està separat de lentorn pel límit del sistema.
El límit pot ser fixe o mòbil. Un sistema i els seus voltants junts.
Classificació dels sistemes termodinàmics
En termodinàmica, els sistemes es poden classificar en tres categories principals segons la capacitat per intercanviar matèria i energia amb l'entorn:
Sistema obert
Un sistema es considera obert quan permet lintercanvi tant de matèria com denergia amb el seu entorn a través de la seva frontera. La transferència denergia pot donar-se en forma de calor, treball o altres manifestacions energètiques.
Exemple: Una piscina plena daigua és un sistema obert, ja que laigua pot entrar i sortir, i la temperatura de laigua pot variar a causa de factors com la calefacció o lacció del vent, que pot provocar refrigeració per evaporació.
Sistema tancat
Un sistema tancat és aquell que permet lintercanvi denergia amb el seu entorn a través de la seva frontera (ja sigui en forma de calor, treball o altres formes denergia), però no permet la transferència de massa.
Exemple: Un cilindre amb gas segellat per una vàlvula és un sistema tancat mentre la vàlvula romangui tancada, ja que es pot escalfar o refredar sense perdre massa. Tot i això, si la vàlvula s'obre, el gas pot escapar i el sistema passaria a ser obert.
Sistema aïllat
Un sistema aïllat compleix dues condicions fonamentals:
- No intercanvieu matèria amb l'entorn.
- No intercanvieu energia amb l'entorn.
Exemple: L'univers és considerat, en termes generals, un sistema aïllat, ja que no hi ha evidència d'intercanvi de matèria o energia amb alguna cosa externa.
Subdivisions addicionals dels sistemes termodinàmics
Atès que els sistemes poden presentar una gran complexitat interna, és possible subdividir-los en subsistemes més petits segons diferents criteris.
Segons la composició interna:
- Sistema termodinàmic simple: Està delimitat per un únic límit i no conté subdivisions internes.
- Sistema termodinàmic compost: Conté dins del límit un o més subsistemes separats per fronteres internes.
Segons la seva homogeneïtat:
- Sistemes homogenis: Presenten propietats macroscòpiques uniformes en tota la seva extensió.
- Sistemes heterogenis: Exhibeixen variacions a les seves propietats macroscòpiques en diferents regions. Un exemple de sistema heterogeni és un líquid en equilibri amb el vapor.
Característiques dels sistemes termodinàmics
Els sistemes termodinàmics tenen diverses característiques que en determinen el comportament i les lleis que els regeixen:
- Fronteres del sistema Poden ser reals o imaginàries i determinen els límits del sistema. Aquestes fronteres poden ser rígides o mòbils, depenent del tipus de sistema.
- Intercanvi de matèria i energia : Depenent del tipus de sistema, hi pot haver o no transferència de massa i energia amb l'entorn. Els sistemes oberts permeten tots dos intercanvis, els tancats només energia i els aïllats cap.
- Estats i equilibri : Un sistema es pot descriure mitjançant variables termodinàmiques com a temperatura, pressió i volum. Un sistema en equilibri no experimenta canvis nets en aquestes variables.
- Processos termodinàmics : Són les transformacions que pateix un sistema a causa de la interacció amb l'entorn, com l'expansió, la compressió i la transferència de calor.
- Lleis de la termodinàmica Els sistemes obeeixen principis fonamentals, com la conservació de l'energia i la tendència a l'equilibri.