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Al comenzar el estudio de la termodinámica es importante comprender el sentido preciso de los términos termodinámicos que se emplearán:

• Sistema, frontera, entorno: un sistema termodinámico es aquella parte del universo físico que está confinado a un lugar específico definido por la frontera que lo separa del resto del universo (entorno).
  
  
• Sistema aislado: es cuando la frontera evita cualquier interacción con el medio exterior. Un sistema aislado no produce efectos observables sobre el entorno (ej.: un termo ideal aislado y de paredes rígidas)
  
  
• Sistema abierto y cerrado: abierto es cuando pasa masa a través de la frontera (ej.: el cuerpo humano) y cerrado cuando no hay paso de masa a través de la frontera (ej.: cualquier recipiente cerrado no ideal).

El entorno es la zona del universo que interactúa con el sistema.

• Propiedades de un sistema: son aquellos atributos físicos que se perciben por los sentidos o que pueden hacerse perceptibles mediante ciertos métodos experimentales de investigación. Las propiedades se dividen en dos clases:

• No medibles, como la clase de sustancias que componen un sistema y los estados de agregación de sus partes, y

• Medibles: como presión y volumen, a las cuales se les puede asignar, por comparación directa o indirecta con un patrón, un valor numérico.

• Estado de un sistema: un sistema se encuentra en un estado definido cuando cada una de sus propiedades tiene un valor determinado.

• Cambio de estado: cuando se somete un sistema a un cambio de estado desde un estado especifico inicial hasta un estado especifico final, y está completamente definido cuando se especifican los estados inicial y final.

• Trayectoria: del cambio de estado, se define especificando el estado inicial, la secuencia de estados intermedios dispuestos en el orden que recorre el sistema y el estado final.

• Proceso: es el método de operación mediante el cual se realiza un cambio de estado. Variable de estado: es aquella que tiene un valor definido cuando se especifica el estado de un sistema.

Leyes de la termodinámica

Primera ley de la termodinámica

También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Eentra − Esale = ΔEsistema

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:

U = Q + W

Esta ley "arrebata" la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario. También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.

Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.

Tercera ley de la termodinámica

La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesta por Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto.

Ley cero de la termodinámica

El principio cero de la termodinámica se puede enunciar como sigue: si dos sistemas A y B están en equilibrio termodinámico con un tercero C, A y B están en equilibrio termodinámico entre sí.

Procesos termodinámicos

Se dice que un sistema pasa por un proceso termodinámico, o transformación termodinámica, cuando al menos una de las coordenadas termodinámicas no cambia. Los procesos más importantes son: