termodinamica

F´
ısica I. Curso 2010/11
Departamento de F´
ısica Aplicada. ETSII de B´jar. Universidad de Salamanca
e
Profs. Alejandro Medina Dom´
ınguez y Jes´ s Ovejero S´nchez
u
a

´
Tema 8. Termodinamica
´
Indice
1. Conceptos b´sicos
a

3

1.1. Sistemas termodin´micos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a

3

1.2. Interacciones termodin´micas . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a

4

1.3. Estados de equilibrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

1.4. Variables termodin´micas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a

5

1.5. Procesos termodin´micos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a

6

2. Temperatura

6

2.1. Equilibriot´rmico. Principio Cero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
e

6

2.2. Escala de temperaturas del gas ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

2.3. Gas ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

3. Primer Principio

10

3.1. Trabajo termodin´mico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10
a
3.2. Trabajo disipativo y procesos cuasiest´ticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
a
3.3. Interpretaci´n geom´trica del trabajo cuasiest´tico . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
o
e
a
3.4. Experimentos de Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.5. Trabajo adiab´tico y energ´ interna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
aıa
3.6. Calor y Primer Principio de la Termodin´mica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
a
3.7. Capacidades calor´
ıficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Tema 8. Termodin´mica
a

4. Segundo Principio de la Termodin´mica
a

2
21

4.1. M´quinas termodin´micas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
a
a
4.2.Enunciados del Segundo Principio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.3. Procesos reversibles e irreversibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.4. Ciclo y teorema de Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5. Problemas

26

Tema 8. Termodin´mica
a

3

Es usual identificar la Termodin´mica como aquella rama de la F´
aısica en la que se estudian
los fen´menos relacionados con el calor y la temperatura. En realidad, una definici´n de Tero
o
modin´mica deber´ contemplar los principios en que se basa, sus fines y m´todos y su campo
a
ıa
e
de aplicaci´n. Este cap´
o
ıtulo est´ destinado justamente a precisar algunos de estos aspectos de
a
una manera muy breve.

1.

Conceptos b´sicos
a

1.1.

Sistemastermodin´micos
a

Por sistema termodin´mico entendemos una regi´n cualquiera del espacio con su contenido.
a
o
La descripci´n de un sistema se puede hacer, en general, de dos formas: macrosc´pica y mio
o
crosc´pica. La Termodin´mica es un ejemplo de teor´ macrosc´pica. En ella se hace ´nfasis en
o
a
ıa
o
e
aquellas magnitudes macrosc´picas que tienen relaci´n con aspectos internos alsistema. Estas
o
o
magnitudes se denominan magnitudes termodin´micas. Por tanto, son aqu´llas que describen
a
e
macrosc´picamente el estado interno de un sistema. Como para todo sistema f´
o
ısico, la definici´n
o
de un sistema termodin´mico requiere precisar su extensi´n espacial. Esto, a su vez, exige prea
o
cisar sin ambig¨edad la superficie geom´trica que lo delimita, que recibe elnombre de frontera
u
e
o contorno, que puede ser real o imaginaria. La regi´n fuera de la frontera se suele llamar medio
o
exterior o entorno y el sistema total formado por el sistema en estudio y su medio exterior,
universo termodin´mico .
a
Los sistemas termodin´micos, respecto a la naturaleza de sus fronteras, se pueden clasificar
a
del siguiente modo:
Sistema aislado: sistema con...