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Termodinamica onces

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  • 1. TERMODINAMICA
  • 2. ¿QUÉ ES LA TERMODINAMICA?Los estados de equilibrio sonestudiados y definidos por Es la rama de la física que describemedio de magnitudes los estados de equilibrio a nivelextensivas tales como la macroscópico. Constituye unaenergía interna, la entropía, el teoría fenomenológica, a partir devolumen o la composición razonamientos deductivos, quemolar del sistema, o por medio estudia sistemas reales, sinde magnitudes no-extensivas modelizar y sigue un métododerivadas de las anteriores experimental.como la temperatura, presión yel potencial químico.
  • 3. Es importante recalcar que la Tales estados termodinámica ofrece un aparato terminales de formal aplicable únicamente a estados equilibrio son, por de equilibrio, definidos como aquel definición, estado hacia «el que todo sistema independientes del tiende a evolucionar y caracterizado tiempo, y todo el porque en el mismo todas las aparato formal de la propiedades del sistema quedan termodinámica -- determinadas por factores intrínsecos todas las leyes y y no por influencias externas variables previamente aplicadas». termodinámicas--, se definen de tal modo que podría decirseLos estados de equilibrio son necesariamente que un sistema estácoherentes con los contornos del sistema y las en equilibrio si susrestricciones a las que esté sometido. Por medio propiedades puedende los cambios producidos en estas restricciones ser descritas(esto es, al retirar limitaciones tales como impedir consistentementela expansión del volumen del sistema, impedir el empleando la teoríaflujo de calor, etc.), el sistema tenderá a termodinámica.evolucionar de un estado de equilibrio a otro;[9]comparando ambos estados de equilibrio.
  • 4. la termodinámica permite estudiar los procesos de intercambio de masa y energíatérmica entre sistemas térmicos diferentes. Para tener un mayor manejo seespecifica que calor significa «energía en tránsito» y dinámica se refiere al«movimiento», por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de laenergía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica sedesarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primerasmáquinas de vapor. Como ciencia fenomenológica, También se introduce una magnitud la termodinámica no se ocupa llamada entropía, que se define de ofrecer una interpretación como aquella función extensiva de física de sus magnitudes. La la energía interna, el volumen y la primera de ellas, la energía composición molar que toma interna, se acepta como una valores máximos en equilibrio: el manifestación macroscópica de principio de maximización de la las leyes de conservación de la entropía define el sentido en el que energía a nivel microscópico, el sistema evoluciona de un estado que permite caracterizar el de equilibrio a otro. estado energético del sistema macroscópico
  • 5. PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINAMICA• Este principio o ley cero, establece que existe una determinada propiedad denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado. Tiene tremenda importancia experimental «pues permite construir instrumentos que midan la temperatura de un sistema» pero no resulta tan importante en el marco teórico de la termodinámica.• El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir o dar a conocer un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x, y) no son dependientes del tiempo.• El tiempo es un parámetro cinético, asociado a nivel microscópico; el cual a su vez esta dentro de la físico química y no es parámetro debido a que a la termodinámica solo le interesa trabajar con un tiempo inicial y otro final. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se las conoce como coordenadas térmicas y dinámicas del sistema.
  • 6. PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICAFue propuesta por Nicolas Léonard Sadi También conocida comoCarnot en 1824, en su obra Reflexiones principio de conservación desobre la potencia motriz del fuego y sobre la energía para lalas máquinas adecuadas para desarrollar termodinámica «en realidadesta potencia, en la que expuso los dos el primer principio dice másprimeros principios de la termodinámica. que una ley de conservación»Esta ley permite definir el calor establece que si se realiza trabajocomo la energía necesaria que sobre un sistema o bien éstedebe intercambiar el sistema para intercambia calor con otro, la energíacompensar las diferencias entre interna del sistema cambiará.trabajo y energía interna.
  • 7. La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:• Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:• Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.
  • 8. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA Esta ley cambia 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 (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen).La segunda ley imponerestricciones para las También establece, en algunos casos,transferencias de energía que la imposibilidad de convertirhipotéticamente pudieran completamente toda la energía de unllevarse a cabo teniendo en tipo en otro sin pérdidas.cuenta sólo el primer principio.
  • 9. TERMOMETRIALa termometría se encarga Se tiene el termómetro de mercuriode la medición de la y de alcohol, que se basan en latemperatura de cuerpos o dilatación, los termopares quesistemas. Para este fin, se deben su funcionamiento al cambioutiliza el termómetro, que es de la conductividad eléctrica, losun instrumento que se basa ópticos que detectan la variación deen el cambio de alguna la intensidad del rayo emitidopropiedad de la materia cuando se refleja en un cuerpodebido al efecto del calor caliente. Para poder construir el termómetro se utiliza el principio cero de la termodinámica, que dice: «Si un sistema A que está en equilibrio térmico con un sistema B, está en equilibrio térmico también con un sistema C, entonces los tres sistemas A, B y C están en equilibrio térmico entre sí».
  • 10. PROCESO ISOTERMICOLa compresión o expansión de ungas ideal en contacto permanente Se denomina procesocon un termostato es un ejemplo isotérmico o proceso isotermode proceso isotermo, y puede al cambio reversible en unllevarse a cabo colocando el gas sistema termodinámico, siendoen contacto térmico con otro dicho cambio a temperaturasistema de capacidad calorífica constante en todo el sistema.muy grande y a la mismatemperatura que el gas; este otrosistema se conoce como fococaliente. El calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expandaUna curva isoterma es una línea realizando trabajo. Como la energíaque sobre un diagrama interna de un gas ideal sólo dependerepresenta los valores sucesivos de la temperatura y ésta permanecede las diversas variables de un constante en la expansión isoterma, elsistema en un proceso isotermo. calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W.
  • 11. GRAFICA DEL PROCESO ISOTERMICO
  • 12. PROCESO ISOBARICOUn proceso isobárico es un proceso termodinámico que ocurre a presiónconstante. La Primera Ley de la Termodinámica, para este caso, queda expresadacomo sigue:Donde:Q= Calor transferido.U= Energía Interna.P= Presión.V= Volumen.En un diagrama P-V, un proceso isobárico aparece como una línea horizontal.
  • 13. Gráfica Volumen vs Presión: en el proceso isobárico la presión es constante.El trabajo (W) es la integral de la presión respecto al volumen.
  • 14. PROCESO ISOCORICO Un proceso isocórico, también llamado proceso isométrico o isovolumétrico es un proceso termodinámico en el cual el volumen permanece constante; V=0.Esto implica que el proceso no realiza trabajo presión-volumen, ya que éste sedefine como:• Donde P es la presión (el trabajo es positivo, ya que es ejercido por el sistema).• En un diagrama P-V, un proceso isocórico aparece como una línea vertical.
  • 15. Proceso isocórico en un diagrama P-V.
  • 16. PROCESO ADIABATICO Un proceso adiabático que es En termodinámica se designa además reversible se conoce como proceso adiabático a como proceso isoentrópico. El aquél en el cual el sistema extremo opuesto, en el que tiene (generalmente, un fluido que lugar la máxima transferencia de realiza un trabajo) no calor, causando que la intercambia calor con su temperatura permanezca entorno. constante, se denomina proceso isotérmico.El término adiabático hace referencia aelementos que impiden la transferencia El calentamiento y enfriamientode calor con el entorno. Una pared adiabático son procesos queaislada se aproxima bastante a un límite comúnmente ocurren debido aladiabático. Otro ejemplo es la cambio en la presión de un gas.temperatura adiabática de llama, que es Esto puede ser cuantificadola temperatura que podría alcanzar una usando la ley de los gasesllama si no hubiera pérdida de calor hacia ideales.el entorno.
  • 17. Gráfico de un proceso adiabático en función de p y V.
  • 18. TRANSMICIÓN DEL CALOREs el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura.Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta
  • 19. • La dilatación térmica corresponde al efecto en el cual, las sustancias se «agrandan» al aumentar la temperatura. En objetos sólidos, la dilatación térmica produce un cambio en las dimensiones lineales de un cuerpo, mientras que en el caso de líquidos y gases, que no tienen forma permanente, la dilatación térmica se manifiesta en un cambio en su volumen.Existen 3 clases de dilatación:• Dilatación volumétrica• Dilatación lineal• Dilatación de área
  • 20. DILATACIÓN VOLUMETRICALa dilatación volumétrica de un líquido o un gas se observa como un cambio devolumen V en una cantidad de sustancia de volumen V0, relacionado con uncambio de temperatura t. = = =Donde se llama coeficiente de dilatación volumétrica, medida en lamisma unidad que el coeficiente de dilatación lineal 2 alfa.
  • 21. DILATACION LINEALConsideremos primero la dilatación térmica de un objeto sólido, cuyasdimensiones lineales se pueden representar por , y que se dilata en unacantidadExperimentalmente se ha encontrado que para casi todas las sustancias ydentro de los límites de variación normales de la temperatura, la dilatación lineales directamente proporcional al tamaño inicial l0 y al cambio en la temperatura: = = =donde se llama coeficiente de dilatación lineal, cuya unidad es el recíproco delgrado, es decir [°C]-1.
  • 22. DILATACION DE AREAEs el mismo concepto que el de dilatación lineal salvo que se aplica a cuerpos alos que es aceptable y preferible considerarlos como regiones planas; porejemplo, una plancha metálica. Al serle transmitida cierta cantidad de calor lasuperficie del objeto sufrirá un incremento de área: A = = = Donde se llama coeficiente de dilatación superficial.