Técnico electromecánico

Termodin´mica a
2 curso de la Licenciatura de F´ ısicas
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Lecci´n 6 o
• Introducci´n o • Procesos Termodin´micos en sistemas aislados monocoma ponentes • Procesos Termodin´micos en subsistemas: Procesos rea versibles y cuasiest´ticos a • Energ´ trabajo, calor y primer principio ıa, • Fuentes de Trabajo y ba˜ os t´rmicos reversibles n e • M´quinas T´rmicas a e • Efecto Joule • TeoremasCl´sicos: Segundo Principio de la Termodin´mica, a a Teorema de Carnot, Teorema de Clausius,...

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1. Introducci´n o Un proceso es, seg´ n la Real Academia de la Lengua, un conu junto de las fases sucesivas de un fen´meno natural o de una o operaci´n artificial o PREGUNTAS: • ¿Son todos los procesos posibles?

(Mostrar algunos m´viles perp´tuos) o e
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• ¿Podemos construir una m´quina(conjunto de procesos) a que s´lo extraiga energ´ de su entorno y la convierta en o ıa trabajo util ?¿En orden? ´

• ¿Podemos convertir todo el trabajo en calor? ¿Cuanto? • ¿Podemos convertir todo el calor en trabajo? ¿Cuanto? • ¿Qu´ es el trabajo?¿Qu´ es el calor? e e Uno de los elementos esenciales en el desarrollo de la Termodin´mica fue el comprender las equivalencias entre las disa tintas formasde energ´ (el´ctrica, mec´nica, qu´ ıa e a ımica,...), su conservaci´n y la capacidad de conversi´n de unas en otras o o y/o en trabajo. Desde el punto de vista de la Termodin´mica a se observ´ que NO todos los procesos son posibles, por ejemo plo: • Podemos convertir pr´cticamente todo el trabajo reala izado sobre un cuerpo por rozamiento en un incremento de su energ´ interna. ıa • No todo eltrabajo que se da a un refrigerador se convierte en una disminuci´n de la energ´ interna en su interior y o ıa por lo tanto de su temperatura.
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La posibilidad o imposibilidad de crear m´quinas o procea sos en el contexto de la Termodin´mica quedaron expresadas a por las siguientes contribuciones: • Un proceso cuyo unico resultado final sea extraer calor de ´ una fuente a cierta temperatura yconvertirlo en trabajo es imposible Lord Kelvin • Un proceso cuyo unico resultado sea transferir calor desde ´ un cuerpo a cierta temperatura a otro a una temperatura superior es imposible Clausius Aunque parezca extra˜ o en este momento las frases de Kelvin n y Clausius son dos formas equivalentes de expresar lo que ya sabemos, que todos los procesos espont´neos incrementan la a entrop´ y los que ladecrementan no pueden ser espont´neos. ıa a Este hecho va a ser esencial en el estudio y caracterizaci´n o de los procesos. As´ la Termodin´mica limita y caracteriza ı a de forma determinante los procesos f´ ısicos macrosc´picos o El objetivo de esta lecci´n es definir y desarrollar en el o contexto de la Termodin´mica el concepto de proceso y los a principios generales que deben de cumplir (elprincipio de conservaci´n de la energ´ total y el principio de maximalo ıa izaci´n de la entrop´ as´ como precisar las definiciones de o ıa) ı Calor, Trabajo, M´quinas t´rmicas, Rendimientos optimos,... a e ´ 2. Procesos Termodin´micos en sistemas aislados monocoma ponentes ¿C´mo podemos relacionar la Termodin´mica que trata de o a sistemas en estados de equilibrio (y por lo tanto estacionar4

ios)con procesos que presuponen mecanismos por los que el estado del sistema cambia en cierta escala temporal macrosc´pica? o Definici´n: Un Proceso Termodin´mico es el paso de un o a sistema termodin´mico de un estado de equilibrio inicial a a otro estado de equilibrio final. De esta forma, sabiendo que el punto de partida inicial y final del proceso deben de ser estados de equilibrio podemosestablecer los elementos m´ ınimos necesarios para que dicho proceso pueda realizarse. Los procesos m´s simples los podemos realizar sobre sisa temas aislados monocomponentes en los que podemos variar alguna de sus ligaduras internas. Sabemos que las propiedades termodin´micas de estos sisa temas quedan determinadas por la funci´n entrop´ o ıa: S = S(U, A, B, C, . . .) (1)

donde (U, A, B, C, . . .)...