Termodinamica

F´ ısica I. Curso 2010/11
Departamento de F´ ısica Aplicada. ETSII de B´jar. Universidad de Salamanca e Profs. Alejandro Medina Dom´ ınguez y Jes´ s Ovejero S´nchez u a

´ Tema 8. Termodinamica
´ Indice
1. Conceptos b´sicos a 1.1. Sistemas termodin´micos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a 1.2. Interacciones termodin´micas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . a 1.3. Estados de equilibrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. Variables termodin´micas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a 1.5. Procesos termodin´micos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a 2. Temperatura 2.1. Equilibrio t´rmico. Principio Cero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. e 2.2. Escala de temperaturas del gas ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Gas ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Primer Principio 3 3 4 4 5 6 6 6 7 8 10

3.1. Trabajo termodin´mico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 a 3.2. Trabajo disipativo y procesos cuasiest´ticos . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 11 a 3.3. Interpretaci´n geom´trica del trabajo cuasiest´tico . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 o e a 3.4. Experimentos de Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.5. Trabajo adiab´tico y energ´ interna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 a ıa 3.6. Calor y Primer Principio de la Termodin´mica . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 16 a 3.7. Capacidades calor´ ıficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

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4. Segundo Principio de la Termodin´mica a

4.1. M´quinas termodin´micas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 a a 4.2. Enunciados del Segundo Principio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.3. Procesosreversibles e irreversibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.4. Ciclo y teorema de Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 5. Problemas 26

Tema 8. Termodin´mica a

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Es usual identificar la Termodin´mica como aquella rama de la F´ a ısica en la que se estudian los fen´menos relacionados con el calor y la temperatura. En realidad, unadefinici´n de Tero o modin´mica deber´ contemplar los principios en que se basa, sus fines y m´todos y su campo a ıa e de aplicaci´n. Este cap´ o ıtulo est´ destinado justamente a precisar algunos de estos aspectos de a una manera muy breve.

1.
1.1.

Conceptos b´sicos a
Sistemas termodin´micos a

Por sistema termodin´mico entendemos una regi´n cualquiera del espacio con su contenido. a o Ladescripci´n de un sistema se puede hacer, en general, de dos formas: macrosc´pica y mio o crosc´pica. La Termodin´mica es un ejemplo de teor´ macrosc´pica. En ella se hace ´nfasis en o a ıa o e aquellas magnitudes macrosc´picas que tienen relaci´n con aspectos internos al sistema. Estas o o magnitudes se denominan magnitudes termodin´micas. Por tanto, son aqu´llas que describen a e macrosc´picamente elestado interno de un sistema. Como para todo sistema f´ o ısico, la definici´n o de un sistema termodin´mico requiere precisar su extensi´n espacial. Esto, a su vez, exige prea o cisar sin ambig¨edad la superficie geom´trica que lo delimita, que recibe el nombre de frontera u e o contorno, que puede ser real o imaginaria. La regi´n fuera de la frontera se suele llamar medio o exterior o entorno y elsistema total formado por el sistema en estudio y su medio exterior, universo termodin´mico . a Los sistemas termodin´micos, respecto a la naturaleza de sus fronteras, se pueden clasificar a del siguiente modo: Sistema aislado: sistema con fronteras que impiden el intercambio de materia y energ´ ıa con su medio exterior. Sistema cerrado: sistema con fronteras que permiten el intercambio de...