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Temas Selectos de Física II

fuerza”
Termodinámica: (en griego termo significa “calor” y dinámico significa “fuerza”).
Se define como la rama de la física que estudia las relaciones de la energía y sus
transferencias pero, sobre todo, en la que interviene el calor y el trabajo
mecánico. Por ejemplo: cuando conducimos un automóvil, se utiliza el calor de
combustión del combustible pararealizar un trabajo mecánico en los pistones de
los cilindros para, impulsar el vehículo.
EJERCICIO 5

En forma individual, anota en tu cuaderno otras formas en que de algún
proceso recibimos los beneficios de la aplicación de la termodinámica,
coméntalos con tus compañeros y tu profesor.

TAREA 6

Para el estudio de la Termodinámica nos apoyaremos en algunos conceptos que
hemos visto enlos módulos de aprendizaje de Física 1 y 2. Sin embargo, para el
análisis de esta ciencia son tan importantes algunos conceptos clave como
indispensable es el estudio de las leyes de la Termodinámica, con el fin de
comprender el funcionamiento y diseño de las máquinas térmicas y bombas de
calor, entre otros aspectos. Por lo anterior definiremos los siguientes conceptos
fundamentales:

59.Página 159.

Sistema termodinámico: Es cualquier conjunto de objetos que conviene
considerar como unidad y que podría intercambiar energía con su entorno.
Proceso Termodinámico: Se presenta cuando la intervención del calor produce
un cambio en el estado de un sistema termodinámico. Es decir, cambios en su
temperatura, volumen y presión dados.
(U):
Energía Interna (U): Se define como la sumade todas las energías cinéticas de
todas sus partículas constituyentes, más la suma de todas las energías
potenciales de interacción entre ellas.
Máquina
Máquina Térmica: Se le llama así a cualquier dispositivo que convierte energía
calorífica a energía mecánica o viceversa.

Fig. No.21. Máquina Térmica.

140

Calor, leyes de los gases y termodinámica

Bombas de calor: Sondispositivos que utilizan energía o trabajo mecánico para
transferir calor de una fuente con temperatura inferior a una región de
temperatura más elevada.

TAREA 7

Fig. No 22. Bomba de Calor.

161
Página 161.

3.3.1. Trabajo en Procesos Termodinámicos.
Termodinámicos.
Como ya hemos visto la transferencia de energía en cualquier proceso
termodinámico se da en función del calor agregado alsistema y del trabajo
mecánico realizado del sistema. Un gas encerrado en un cilindro con un pistón
móvil es un ejemplo muy sencillo y común para analizar el trabajo que se realiza
en los procesos termodinámicos, el cual tomaremos para describir el trabajo en
los siguientes procesos:
Trabajo realizado por un sistema durante un cambio de volumen.
Al expandirse un gas, empuja el pistón haciaafuera, por lo que realiza un trabajo
positivo. La fuerza total ejercida por el sistema sobre el pistón es:

F = PA

Ec. No.11

Donde :
F = fuerza
P = Pr esión
A = Área

Cuando el pistón se mueve hacia fuera una distancia infinitesimal, entonces:

dW = Fdx = pAdx
dW = pdV
W =∫

v2

v1

p

Si la presión permanece constante, entonces :
W = p (V2 − V1 )

141

Temas Selectos deFísica II

Para cualquier proceso isotérmico en que el volumen cambia, la ec. No. 12,
quedaría:

Ec. No.12

W = nRT ∫

Ec. No.13

v 2 dV

v1

V
V
W = nRT ln 2
V1

Aplicando la Ley de Boyle en la ec. No.13:

P1V1 = P2V2
V2 P1
=
V1 P2
W = nRT ln

Ec. No.14

P1
P2

Ejemplo:
1. Un gas en un cilindro se mantiene a presión constante de 2.5 x 105 Pa
mientras se enfríay comprime de 2.0 m3 a 1.50 m3. Determina el trabajo
realizado por el gas.

Datos :

W = P(V2 − V1 )

P = 2.5 x10 5 Pa

W = 2.5 x105 Pa 1.50m 3 − 2.0m 3

V1 = 2.0m

W = −1.25 x10 Joules.
El signo negativo indica que se realiza
un trabajo sobre el sistema.

V2 = 1.5.0m
W =?

EJERCICIO 6

(

)

5

3
3

En equipo de dos resuelvan los siguientes ejercicios y muestren...