MONOGRAFIA DE FISICA2


1. Introducción

La termodinámica es la parte de la física que estudia los estados de los sistemas materiales macroscópicos y los cambios que pueden darse entre esos estados, en particular, en lo que respecta a temperatura, calor y energía.
En este documento repasaremos lo visto en clase de Termodinámica, en el se enuncian las leyes de la Termodinámica y los conceptos relacionados con ella.
Esimportante desde el principio definir nuestro sistema, que es una porción definida de material que elegir para su estudio, se separa de todo lo demás por una superficie o frontera conceptual. Existen varios tipos de sistemas, aislados, cerrados, abiertos, descritos más abajo, pero con ellos podremos definir la muestra que se está analizando y comprender hacia dónde va la energía del sistema.Primera ley de la termodinámica
2. Primera ley de la Termodinámica
La primera ley no es otra cosa que el principio de conservación de la energía aplicado a un sistema de muchísimas partículas. A cada estado del sistema le corresponde una energía interna U. Cuando el sistema pasa del estado A al estado B, su energía interna cambia en
U=UB-UA
Supongamos que el sistema está en el estado A yrealiza un trabajo W, expandiéndose. Dicho trabajo mecánico da lugar a un cambio (disminución) de la energía interna de sistema
U=-W
También podemos cambiar el estado del sistema poniéndolo en contacto térmico con otro sistema a diferente temperatura. Si fluye una cantidad de calor Q del segundo al primero, aumenta su energía interna en
U=Q
Si el sistema experimenta una transformacióncíclica, el cambio en la energía interna es cero, ya que se parte del estado A y se regresa al mismo estado, U=0. Sin embargo, durante el ciclo el sistema ha efectuado un trabajo, que ha de ser proporcionado por los alrededores en forma de transferencia de calor, para preservar el principio de conservación de la energía, W=Q.
Si la transformación no es cíclica U 0
Si no se realiza trabajo mecánicoU=Q
Si el sistema está aislado térmicamente U=-W
Si el sistema realiza trabajo, U disminuye
Si se realiza trabajo sobre el sistema, U aumenta
Si el sistema absorbe calor al ponerlo en contacto térmico con un foco a temperatura superior, U aumenta.
Si el sistema cede calor al ponerlo en contacto térmico con un foco a una temperatura inferior, U disminuye.
Todos estos casos, lospodemos resumir en una única ecuación que describe la conservación de la energía del sistema.
U=Q-W

2.1. Trabajo:

El trabajo es hecho por un sistema sobre sus alrededores si el único efecto sobre cualquier cosa externa al sistema es la elevación de su peso.

“Trabajo: transferencia de energía
En forma ordenada y/o macroscópica”


2.1.1. Trabajo en los procesos termodinámicos.

Para un gascontenido en un envase cilíndrico ajustado con un émbolo móvil, como se muestra en la figura 13.4, si el gas está en equilibrio térmico ocupa un volumen V y produce una presión constante P sobre las paredes del cilindro y sobre el émbolo, de área A. La fuerza ejercida por la presión del gas sobre el émbolo es F = PA. Si el gas se expande desde el volumen V hasta el volumen V+dV lo suficientementelento, el sistema permanecerá en equilibrio termodinámico.

Por efecto de la expansión, el émbolo de desplazará verticalmente hacia arriba una distancia dy, y el trabajo realizado por el gas sobre el émbolo, será:
dW = F dy = PA dy


Como Ady es el aumento de volumen dV del gas, se puede escribir el trabajo realizado como:dW = PdV
Si el gas se expande, entonces dV es positivo y el trabajo realizado por el gas es positivo, por el contrario, si el gas se comprime, dV es negativo y el trabajo realizado por el gas es negativo, en este caso se interpreta como el trabajo realizado sobre el sistema. Si no cambia el volumen, no se realiza trabajo

Para obtener el trabajo total realizado...