termodinamica

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Resumen de Termodin´mica
a
Rodrigo Medina A.
Centro de F´
ısica - IVIC
Departamento de F´
ısica - USB

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Introducci´n
o
El objetivo de este escrito es presentar los conceptos fundamentales de la Termodin´mica
a
en su forma tradicional, para que sirva como complemento de un curso de Termodin´mica o
a
como introducci´n a un curso de Mec´nica Estad´
o
a
ıstica. Nopretende ser un curso completo
de Termodinmica. Faltan totalmente las referencias a los experimentos, la calorimetr´ la
ıa,
termometr´ los ejemplos, etc. La idea es presentar de la manera m´s precisa y concisa
ıa,
a
posible las definiciones de los conceptos, las leyes y los razonamientos, que frecuentemente
no aparecen con precisi´n en muchos textos.
o

Parte A: 1a Ley
DEFINICIONES
SistemaTermodin´mico: Todo sistema macrosc´pico.
a
o
Sistema Aislado: Sin interacciones con el resto del universo.
Par´metros Termodin´micos: Toda magnitud f´
a
a
ısica macrosc´pica caracter´
o
ıstica del sistema.
Par´metros Extensivos: Son proporcionales a la cantidad de materia.
a
Ejemplos: Energ´ volumen, masa, etc.
ıa,
Par´metros Intensivos: No dependen de la cantidad de materia.
aEjemplos: Presi´n, temperatura, densidades, concentraciones, etc.
o
Macroestado o Estado Macrosc´pico: Un valor determinado para cada uno de los
o
par´metros termodin´micos.
a
a
Estados Estacionarios: Son estados que no cambian en el tiempo bajo condiciones externas
constantes.
Tiempo de Relajaci´n: Tiempo necesario para que un sistema llegue a un estado estacioo
nario. Usualmente el tiempode relajaci´n crece con el tama˜o del sistema. Para los sistemas
o
n
muy grandes el tiempo de relaci´n puede ser mayor que la edad del universo, o sea que esos
o
sistemas nunca llegan a un estado estacionario.
Usualmente se asume que los sistemas en condiciones externas estacionarias tienden a
un estado estacionario. Este aserci´n es independiente de las cuatro leyes tradicionales de la
oTermodin´mica, por lo que podr´
a
ıamos considerarla como la ley “-1”.
Transformaci´n Termodin´mica: Todo cambio en el macroestado del sistema.
o
a
2

Transformaci´n Quasi-est´tica: Son transformaciones en las que las condiciones externas
o
a
var´ tan lentamente que el sistema puede ser considerado en un estado estacionario en
ıan
cada instante.
Transformaci´n Reversible.
o
Sellama reversible toda transformaci´n tal que el sistema retroceda su historia en el
o
tiempo cuando las condiciones externas retroceden en el tiempo. Toda transformaci´n reo
versible debe ser quasi-est´tica.
a
Energ´ Mec´nica Macrosc´pica: Es la parte de la energ´ del sistema que depende del
ıa
a
o
ıa
movimiento y de la posici´n de sus partes macrosc´picas.
o
o
Energ´ Interna: La parte(U ) de la energ´ del sistema que no es macrosc´pica.
ıa
ıa
o
E = Emec + U
Usualmente en el estudio de la termodin´mica se considera transformaciones que no
a
cambian la energ´ mec´nica (∆Emec = 0).
ıa
a
Trabajo.
En termodin´mica se denomina “trabajo” (W ) hecho por el sistema durante una transa
formaci´n, a la parte de ese trabajo, que es observable macrosc´picamente.
o
o
Calor.El trabajo no-macrosc´pico hecho por el sistema en una transformaci´n se denomina
o
o
“calor que sale del sistema”. Usualmente se considera positivo el calor que entra al sistema
(Q).
Trabajo total = W − Q
El trabajo se puede convertir libremente en calor, por ejemplo por frotamiento. En
cambio lo contrario no es cierto.
1a Ley de la Termodin´mica.
a
Todas las interacciones fundamentalesconocidas (el electromagnetismo, la gravedad y
las fuerzas nucleares fuertes y d´biles) conservan la energ´ La no conservaci´n de la energ´
e
ıa.
o
ıa
mec´nica que se observa macrosc´picamente es debida a que no se toma en cuenta ni el calor
a
o
ni la energ´ interna. La primera Ley de la Termodin´mica no es otra cosa que la ley de
ıa
a
conservaci´n de la energ´ aplicada a una...