8 Ap Termo1011

F´ısica I. Curso 2010/11
Departamento de F´ısica Aplicada. ETSII de B´
ejar. Universidad de Salamanca
Profs. Alejandro Medina Dom´ınguez y Jes´
us Ovejero S´
anchez

´ mica
Tema 8. Termodina
´Indice
1. Conceptos b´
asicos

3

1.1. Sistemas termodin´amicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1.2. Interacciones termodin´amicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .

4

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

4

1.4. Variables termodin´amicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.5. Procesos termodin´amicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

2. Temperatura

6

2.1. Equilibrio t´ermico. Principio Cero . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .

6

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

7

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

8

3. Primer Principio

10

3.1. Trabajo termodin´amico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.2. Trabajo disipativo y procesos cuasiest´aticos . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 11
3.3. Interpretaci´on geom´etrica del trabajo cuasiest´atico . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.4. Experimentos de Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.5. Trabajo adiab´atico y energ´ıa interna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.6. Calor y Primer Principio de la Termodin´amica . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 16
3.7. Capacidades calor´ıficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Tema 8. Termodin´
amica

4. Segundo Principio de la Termodin´
amica

2
21

4.1. M´aquinas termodin´amicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.2. Enunciados del Segundo Principio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.3. Procesos reversibles eirreversibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.4. Ciclo y teorema de Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5. Problemas

26

Tema 8. Termodin´
amica

3

Es usual identificar la Termodin´amica como aquella rama de la F´ısica en la que se estudian
los fen´omenos relacionados con el calor y la temperatura. En realidad, una definici´on deTermodin´amica deber´ıa contemplar los principios en que se basa, sus fines y m´etodos y su campo
de aplicaci´on. Este cap´ıtulo est´a destinado justamente a precisar algunos de estos aspectos de
una manera muy breve.

1.

Conceptos b´
asicos

1.1.

Sistemas termodin´
amicos

Por sistema termodin´amico entendemos una regi´on cualquiera del espacio con su contenido.
La descripci´on de un sistema se puedehacer, en general, de dos formas: macrosc´opica y microsc´opica. La Termodin´amica es un ejemplo de teor´ıa macrosc´opica. En ella se hace ´enfasis en
aquellas magnitudes macrosc´opicas que tienen relaci´on con aspectos internos al sistema. Estas
magnitudes se denominan magnitudes termodin´amicas. Por tanto, son aqu´ellas que describen
macrosc´opicamente el estado interno de un sistema. Como para todosistema f´ısico, la definici´on
de un sistema termodin´amico requiere precisar su extensi´on espacial. Esto, a su vez, exige precisar sin ambig¨
uedad la superficie geom´etrica que lo delimita, que recibe el nombre de frontera
o contorno, que puede ser real o imaginaria. La regi´on fuera de la frontera se suele llamar medio
exterior o entorno y el sistema total formado por el sistema en estudio ysu medio exterior,
universo termodin´amico .
Los sistemas termodin´amicos, respecto a la naturaleza de sus fronteras, se pueden clasificar
del siguiente modo:
Sistema aislado: sistema con fronteras que impiden el intercambio de materia y energ´ıa
con su medio exterior.
Sistema cerrado: sistema con fronteras que permiten el intercambio de energ´ıa con su
medio exterior, pero impiden el de...