Termodinamica

´ ´ INTRODUCCION A LA TERMODINAMICA ´ CLASICA Apuntes de Clases


2

´ Indice general
0.1. Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 1. Nomenclatura y Notaci´n a utilizar o 1.1. El objeto de estudio: Sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Propiedades f´ ısicas: Variables de estado . . . . . . . . . . . 1.3. Estados Termodin´micos . . . . . . .. . . . . . . . . . . . a 1.4. Equilibrio termodin´mico y Procesos cuasiest´ticos . . . . a a 1.5. El concepto de Calor desde el punto de vista experimental 1.6. Trabajo Mec´nico y Diagrama P − V . . . . . . . . . . . . a 1.7. Diferenciales Exactas e Inexactas . . . . . . . . . . . . . . 1.8. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Leyes de la Termodin´mica a 2.1.Temperatura y Ley Cero de la Termodin´mica . . . . a 2.2. Primera Ley de la Termodin´mica . . . . . . . . . . . a 2.2.1. Las ecuaciones dQ . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2. La expansi´n libre de Joule y los gases ideales o 2.2.3. Ecuaci´n de estado de un gas ideal . . . . . . o 3. Potenciales Termodin´micos a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 5 8 10 11 14 17 18 20 23 23 25 29 30 33 35

3

0.1.

Introducci´n o

Desde una perspectiva moderna, la termodin´mica es la disciplina de la f´ a ısica que estudia las transformaciones y manifestaciones de la energ´ con el objeto de establecer ıa, relaciones entrelas propiedades f´ ısicas de los sistemas f´ ısicos, las que se ven afectadas producto de ´stas transformaciones. e Etimol´gicamente: o θ ρµω (thermo) - calor διναµισ (dynamis) - potencia Es una ciencia que tiene sus bases antes de la revoluci´n cu´ntica y, por lo tanto, o a no toma en cuenta las sutilezas de la naturaleza at´mica de la materia, sino mas bien, o su enfoque es totalmentemacrosc´pico. o Sin embargo, la validez de la termodin´mica cl´sica radica en su fuerte fundamento a a experimental, lo que permite que una gran cantidad de fen´menos puedan ser explicao dos, estudiados y/o previstos a partir de (aparentemente) simples postulados, llamados Leyes de la termodin´mica. a

Cap´ ıtulo 1 Nomenclatura y Notaci´n a utilizar o
En este cap´ ıtulo se definir´n tanto el objeto deestudio de la termodin´mica, coa a mo las caracter´ ısticas f´ ısicas relevantes de estos objetos en su estudio. Conceptos y nomenclatura que ser´ utilizada a lo largo del curso. a

1.1.

El objeto de estudio: Sistemas

Definici´n 1.1.1. Se entiende por sistema a toda porci´n finita de materia, cuya o o frontera queda especificada por una superficie arbitraria, llamada pared, la cual, es tal queencierra la totalidad de materia en estudio. De la definici´n anterior puede desprenderse que viene a ser lo suficientemente genero al como para que ´ste objeto de estudio comprenda todo tipo de sistemas. Comunmente e en ingenier´ se trabaja con sistemas el´ctricos, magn´ticos, mec´nicos, qu´ ıa e e a ımicos, biol´gicos, entre otros; todos los cuales pueden analizarse desde el punto de vista de la otermodin´mica, lo que permite obtener resultados de largo alcance bajo condiciones a muy generales. En este sentido, al no haber restricci´n en el tipo de materia estudiado, que las o paredes del sistema toman una relevancia important´ ısima, puesto que es a trav´s de e ellas que el sistema puede interactuar con el medio. Lo anterior fuerza a obviar las particularidades de cada sistema, paramodelarlo y caracterizarlo a trav´s de propiedades e f´ ısicas lo suficientemente generales y macrosc´picas. o La metodolog´ que se ir´ desarrollando permitir´ realizar an´lisis en sistemas de ıa a a a dis´ ımiles caracter´ ısticas. B´sicamente, lo que nos compete en una primera instancia es a el surgimiento de las siguientes preguntas: ¿Qu´ tipo de variables macrosc´picas son relevantes para modelar...