Termodinamica

Termodinámica


La termodinámica es la rama de la física que estudia la transformación del calor en trabajo y viceversa.
Conceptos que maneja la termodinámica
Sistema termodinámico, es una porción de materia que separamos del resto del universo por medio de un límite o frontera con el propósito de poder estudiarlo.
1.-Sistema térmico diatérmico, es aquel sistema cuyas paredes permiten lainteracción térmica del sistema con los alrededores.
2.-Sistema térmico adiabático, es aquel sistema cuyas paredes no permiten la interacción térmica del sistema con los alrededores.
Hay que señalar que ninguna pared es 100% adiabática.
Sistema termodinámico.
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Un proceso térmico adiabático es aquel en el cual el sistema no cede ni recibe calor.
En un proceso térmico no adiabático elsistema interactúa térmicamente con los alrededores.
Ejemplos de sistemas: pistones, calderas, turbinas, motores de combustión interna, celdas fotoeléctricas y refrigeradores, el mismo cuerpo humano.
La termodinámica clásica estudia sistemas en equilibrio termodinámico es decir si un sistema de baja temperatura se pone en contacto por medio de una pared diatérmica con otro sistema de mayortemperatura, la temperatura del sistema frío aumenta mientras la temperatura del sistema caliente disminuye, el equilibrio térmico se alcanza cuando la temperatura de ambos sistemas es la misma.
Punto triple de una sustancia
Es el punto de coordenadas presión y temperatura donde coexisten las tres fases (sólido, líquido y gas ) de la sustancia.
Ejemplo el punto triple del agua se encuentra a 273.16 K yuna presión de
6.025 x10-3 atmósferas.
Energía interna
La energía interna de un sistema es la suma de las energías cinética y potencial de las moléculas individuales que lo constituyen.
En un sistema solo se puede cuantificar la variación en la energía interna, los valores absolutos no se pueden medir.
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Ley cero de la termodinámica
Dos sistemas en equilibrio térmico con un tercersistema, están en equilibrio térmico entre sí.
Equivalente mecánico del calor.
Por cada joule de trabajo se producen 0.24 calorías y cuando una caloría de energía térmica se convierte en trabajo se obtienen 4.2 joules

Trabajo termodinámico puede ser de dos tipos
Proceso isobárico (presión constante)
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T = trabajo realizado a presión constante (j).
P = presión constante del gas N/m2
vf-vi = variación de volumen en el gas(m3).
En la compresión de un gas el volumen final es menor al inicial, se dice que los alrededores efectuaron el trabajo sobre el sistema, por lo tanto se considera negativo.
Cuando el gas se expande el trabajo se considera positivo es decir el sistema realizo un trabajo sobre los alrededores.

Proceso isocórico
es cuando el volumen permanece constante porlo tanto; [pic]V = 0, no hay trabajo.

Proceso isotérmico ( la temperatura permanece constante) ([pic]U = 0 )

[pic]

W = trabajo realizado (j)
n = numero de moles
R = constante universal de los gases (1.99cal/mol oK)
ln = logaritmo natural
Vf yVi volúmenes de gas.
Ejercicio
De trabajo termodinámico (isobárico )
Calcular el trabajo realizado al comprimir un gas que esta a una presiónde 3 atmósferas desde un volumen inicial de 900 cm3 a un volumen final de 600 cm3.

Primera ley de la termodinámica
La variación en la energía interna de un sistema es igual a la energía transferida a los alrededores o por ellos en forma de calor y de trabajo, por lo que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transfiere.

Calor agregado = incremento en la energía interna + trabajoexterno efectuado por el sistema.
[pic]U = Q - W
[pic]U = variación de la energía interna del sistema (j).
Q = Calor que entra o sale del sistema (j)
W = trabajo efectuado por el sistema o trabajo realizado sobre él. (j).
Q es positivo cuando entra calor al sistema y negativo si sale de él.
W es positivo si el sistema realiza trabajo y negativo si los alrededores efectúan trabajo sobre...