Tecnologia

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CANCÚN
Ingeniería en Sistemas Computacionales

Unidad 5 Termodinámica

Antonhy Julián Hurtado Valencia
Ing. Raúl Humberto de Jesús Cano Canto

Índice

Temario Página


5.1 Introducción. 2
5.2 Equilibrio termodinámico. 2
5.3 Ley cero de la termodinámica. 4
5.4 Ecuación del gas ideal, leyes de los gases ideales. 6
5.5Primera ley de la termodinámica. 7
5.6 Capacidad calorífica para gases ideales. 8
5.7 Trabajo termodinámico. 9
5.8 Segunda ley de la termodinámica, entropía. 10
Bibliografía 12

5.1 Introducción.

La termodinámica es fundamentalmente una ciencia fenomenológica, es decir, una ciencia acroscópica basada en leyes generales inferidas del experimento, independientemente decualquier “modelo” microscópico de la materia. Su objetivo es, a partir de unos cuantos postulados (leyes de la termodinámica), obtener relaciones entre propiedades macroscópicas de la materia, cuando ésta se somete a toda una variedad de procesos.

Debe tenerse presente que las predicciones teóricas de las magnitudes de estas propiedades están fuera del campo de la termodinámica, su obtenciónproviene del experimento y de disciplinas como la teoría cinética y la mecánica estadística que tratan directamente con las estructuras atómica y molecular de la materia.

Por otra parte, es importante señalar que la termodinámica se desarrolló como una tecnología mucho antes de convertirse en ciencia. De hecho una de las preguntas más motivadoras de este desarrollo surgió de cuestionesprácticas, como poder calcular la cantidad de trabajo que se puede obtener al quemar una cantidad conocida de carbón u otro combustible. Es por ello que, prácticamente, no hay rama de la ingeniería y del físico químico en sus aspectos más aplicativos que puedan prescindir del conocimiento de esta rama tan importante de la física.

5.2 Equilibrio termodinámico.

Un sistema termodinámico estáconstituido por cierta cantidad de materia o radiación en una región del espacio que nosotros consideramos para su estudio. Al hablar de cierta región del espacio, surge de manera natural el concepto de frontera, esto es, la región que separa al sistema del resto del universo físico. Esta frontera. En la mayoría de los casos, está constituida por las paredes del recipiente que contiene al sistema (fluidos,radiación electromagnética), o bien, su superficie exterior (trozo de metal, gota de agua, membrana superficial). Sin embargo, puede darse el caso de que la frontera del sistema sea una superficie abstracta, representada por alguna condición matemática como en el caso de una porción de masa de un fluido en reposo o en movimiento.

Así como en mecánica describimos el movimiento de una partícula através de su posición y velocidad, en termodinámica determinamos el estado de un sistema en términos de ciertos atributos macroscópicos susceptibles de ser medidos experimentalmente. Estos atributos que describen la condición física del sistema, están íntimamente relacionados con las restricciones impuestas al mismo. Las variables termodinámicas serán diferentes para describir diferentes sistemasfísicos y aún más, los valores de éstas variarán con el tiempo en un mismo sistema. Así, decimos que un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico cuando los valores numéricos asignados a las variables termodinámicas que lo describen no varían con el tiempo. Esta es una propiedad universal de todos los sistemas aislados, pues si un sistema deja de interaccionar con sus alrededores alcanzaráun estado de equilibrio. De hecho, el asignar valores numéricos a los atributos de un sistema a los que llamaremos variable termodinámicas, define el estado de un sistema.
La termodinámica clásica sólo trata con sistemas que .se encuentran en estado de equilibrio. Por ejemplo, un sistema aislado mantendrá composición y energía constantes. Un sistema cerrado tiene una composición constante,...