Apuntes De Termodinamica

APUNTES DE TERMODINAMICA

Unidad 1. Conceptos y propiedades termodinámicas

1.1. Elementos de la termodinámica
La terminología que se utiliza en cada uno de los elementos permite la comprensión de la termodinámica en nuestro entorno, los elementos o conceptos que se manejan en esta unidad son: la Ley Cero de la termodinámica (equilibrio térmico), el sistema cerrado, el sistema abierto, asícomo sus subdivisiones a: presión constante, volumen constante, adiabático, isotérmico, estado de flujo estable, de flujo uniforme, Sistemas de Unidades Internacionales (MKS), sistema técnico (inglés), sus conversiones y la aplicación en el cálculo para la resolución de problemas.

En este tema se pretende que contextualices la importancia de la termodinámica como una ciencia de grantrascendencia, por sus contribuciones tecnológicas y científicas a través del tiempo.
Evolución de la termodinámica
El descubrimiento de cómo funcionan las cosas y las leyes de la termodinámica ha sido paulatino en función del desarrollo del hombre y la creación de la ciencia para sus comprobaciones. La construcción en Inglaterra de la primera máquina de vapor, y su operación con éxito por Thomas Saveryen 1697 y Thomas Newcomen en 1712, dio origen a los principios de la termodinámica. Posteriormente, en la década de 1850, los trabajos de William Rankine, Rudolph Clausius y Lord Kelvin, simultáneamente, postularon la Primera y Segunda ley de la termodinámica, estableciéndose de esta manera como una ciencia.
La termodinámica es una rama de la física que estudia las transformaciones de la energíamecánica, térmica, eléctrica, química, nuclear, eléctrica, eólica, geólica, etc. Así pues, esta ciencia es de interés para todas las ramas de la física, además de que se relaciona prácticamente con todas las ciencias y es fundamental en la formación profesional de un ingeniero.
Cualquier actividad de ingeniería implica una interacción entre energía y sistemas; muchos utensilios y aparatosdomésticos se diseñan con principios termodinámicos, por ejemplo en: estufas eléctricas y de gas, sistemas de calefacción, aire acondicionado, refrigeradores, ollas de presión, calentador de agua, regaderas, planchas, videograbadoras y también en la industria en general, en la aeronáutica, en la generación de energía, en la industria automotriz, etcétera.
Cuando se utiliza la termodinámica para estudiarun proceso, es importante delimitar lo que se estudia y su relación con todos los elementos involucrados.

Un sistema termodinámico está formado por una parte del universo físico que se considera para su estudio.
En el momento en que se aísla una parte de este universo aparece el concepto de frontera, es decir, la forma en que se separa del resto del universo. La frontera puede estarconstituida por las paredes de un recipiente que contiene al sistema, las cuales pueden ser rígidas o flexibles, también puede ser una superficie exterior, además la frontera de un sistema puede ser una superficie abstracta que se representa con una condición matemática.
Ejemplos de sistemas cerrados son:
Tanque con agua a presión, una olla a presión, un tanque de gas.

1.1.3. Ley cero de latermodinámica
La importancia de la escala Kelvin es que tiene un significado físico propio, pues no depende de puntos fijos arbitrarios, sino de la visión de la temperatura como expresión de la cinética molecular, y para obtener el valor 0 (cero) se extrapola la temperatura a la cual teóricamente cesa el movimiento molecular. Este valor es igual a -273.15°C. A este valor se denomina cero absoluto. Laconversión de grados centígrados a grados Kelvin es: 

T[K] = T[°C] + 273.15

Cualquier cuerpo tiene una temperatura igual o mayor que el cero absoluto y por lo tanto pueden emitir energía térmica o calor.
Si se tienen dos cuerpos A y B, los cuales están en equilibrio térmico con otro cuerpo C, y posteriormente se ponen en contacto A con B, se observa que ni las propiedades de A ni las de B...