Estado termodinámico y funciones de estado

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En termodinámica se distinguen dos tipos de cantidades, aquellas que dependen de la trayectoria y aquellas que no lo hacen. Dentro de las cantidades independientes de la trayectoria se encuentran la temperatura, la presión y el volumen. Al fijar dos de estas cantidades, automáticamente se fijan todas las otras propiedades de una sustancia pura homogénea y, en consecuencia, se determina la condición de estado o estado de la sustancia. Estas propiedades no dependen de la historia de la sustancia ni de la trayectoria que siguió para alcanzar un estado dado; sólo dependen de las condiciones presentes, sin importar como se llegó a ellas. Estas cantidades se conocen como funciones de estado; y al quedar definidas determinan el estado termodinámico de la sustancia. Para sistemas más complejos, el número de propiedades o funciones de estado que deben especificarse arbitrariamente para definir el estado del sistema pueden ser superiores a dos.

La energía interna y algunas otras variables termodinámicas son funciones de estado y, por consiguiente, son propiedades del sistema. Las funciones de estado pueden expresarse matemáticamente como funciones de coordenadas termodinámicas, tales como la temperatura y la presión; y sus valores se pueden identificar por medio de puntos en una gráfica.

El trabajo y el calor no son funciones de estado, dependen de la trayectoria, por lo que no pueden identificarse como puntos en una gráfica, sino que se representan por áreas.

Se ha encontrado que en un sistema cerrado los procesos que conducen a un mismo cambio de estado, siguiendo trayectorias diferentes, en general requieren cantidades de calor y de trabajo, pero que la diferencia Q – W es la misma para todos esos procesos.

Otra diferencia entre las funciones de estado y el calor o el trabajo, es que las primeras representan propiedades del sistema y siempre tienen un valor; mientras que el calor y el trabajo sólo aparecen cuando se ocasionan cambios en el sistema durante el tiempo que dure un proceso.

Otra consideración para tener en cuenta es que, tanto la energía interna como el volumen, dependen de la cantidad de materia que se trate; a este tipo de propiedad se la conoce como extensiva. Por otro lado, la temperatura y la presión, que son las coordenadas termodinámicas principales son independientes de la cantidad de materia y se conocen como intensivas.



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