TermoRM

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

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

Parte A: 1a Ley
DEFINICIONES
Sistema Termodin´
amico: Todo sistemamacrosc´opico.
Sistema Aislado: Sin interacciones con el resto del universo.
Par´
ametros Termodin´
amicos: Toda magnitud f´ısica macrosc´opica caracter´ıstica del sistema.
Par´
ametros Extensivos: Son proporcionales a la cantidad de materia.
Ejemplos: Energ´ıa, volumen, masa, etc.
Par´
ametros Intensivos: No dependen de la cantidad de materia.
Ejemplos: Presi´on, temperatura, densidades, concentraciones, etc.Macroestado o Estado Macrosc´
opico: Un valor determinado para cada uno de los
par´ametros termodin´amicos.
Estados Estacionarios: Son estados que no cambian en el tiempo bajo condiciones externas
constantes.
Tiempo de Relajaci´
on: Tiempo necesario para que un sistema llegue a un estado estacionario. Usualmente el tiempo de relajaci´on crece con el tama˜
no del sistema. Para los sistemas
muygrandes el tiempo de relaci´on puede ser mayor que la edad del universo, o sea que esos
sistemas nunca llegan a un estado estacionario.
Usualmente se asume que los sistemas en condiciones externas estacionarias tienden a
un estado estacionario. Este aserci´on es independiente de las cuatro leyes tradicionales de la
Termodin´amica, por lo que podr´ıamos considerarla como la ley “-1”.
Transformaci´
onTermodin´
amica: Todo cambio en el macroestado del sistema.
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Transformaci´
on Quasi-est´
atica: Son transformaciones en las que las condiciones externas
var´ıan tan lentamente que el sistema puede ser considerado en un estado estacionario en
cada instante.
Transformaci´
on Reversible.
Se llama reversible toda transformaci´on tal que el sistema retroceda su historia en el
tiempo cuando lascondiciones externas retroceden en el tiempo. Toda transformaci´on reversible debe ser quasi-est´atica.
Energ´ıa Mec´
anica Macrosc´
opica: Es la parte de la energ´ıa del sistema que depende del
movimiento y de la posici´on de sus partes macrosc´opicas.
Energ´ıa Interna: La parte (U ) de la energ´ıa del sistema que no es macrosc´opica.
E = Emec + U
Usualmente en el estudio de la termodin´amica seconsidera transformaciones que no
cambian la energ´ıa mec´anica (∆Emec = 0).
Trabajo.
En termodin´amica se denomina “trabajo” (W ) hecho por el sistema durante una transformaci´on, a la parte de ese trabajo, que es observable macrosc´opicamente.
Calor.
El trabajo no-macrosc´opico hecho por el sistema en una transformaci´on se denomina
“calor que sale del sistema”. Usualmente se considera positivo elcalor 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´
amica.
Todas las interacciones fundamentales conocidas (el electromagnetismo, la gravedad y
las fuerzas nucleares fuertes y d´ebiles) conservan la energ´ıa. La no conservaci´on de la energ´ıa
mec´anica que seobserva macrosc´opicamente es debida a que no se toma en cuenta ni el calor
ni la energ´ıa interna. La primera Ley de la Termodin´amica no es otra cosa que la ley de
conservaci´on de la energ´ıa aplicada a una transformaci´on termodin´amica.
∆E = Q − W.
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Funciones de Estado.
A las magnitudes f´ısicas que dependen del estado del sistema se les denomina funciones de
estado. El volumen, la...