Termodinamica

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Termodinamica

tercera ley

afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. El cero absoluto equivale a 0 kelvin, es decir, a -273 grados Celsius. Esta ley fue propuesta por Walther Nernst.

Propiedades

Calor específico molar

conviene usar el mol como unidad de masa. De esta manera, el calor específico queda referido a la unidad de masa

c=C/n

Subtopic

Donde n en este caso es el número de moles. En cuanto a las unidades de medida del calor específico molar, se suele utilizar el J/mol·K

Calor específico

es su capacidad calorífica por unidad de masa.

c=C/m

m: Masa. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el kilogramo ( kg )

c : Calor específico. Es la cantidad de calor que la unidad de masa de la sustancia tiene que intercambiar con su entorno para que su temperatura varíe un kelvin

Capacidad calorífica

es la relación que hay entre el calor suministrado al cuerpo y su incremento de temperatura.

C=Q/ΔT

∆T : Variación de temperatura. Viene determinada por la diferencia entre la temperatura inicial y la final ∆T = Tf -Ti .

Q : Calor intercambiado. Cantidad de energía térmica intercambiada con el entorno.

C : Capacidad calorífica. Es la cantidad de calor que el cuerpo tiene que intercambiar con su entorno para que su temperatura varíe un kelvin.

los cuerpos y los sistemas pueden intercambiar energía térmica. A esta energía térmica intercambiada se le denomina calor

a mayor temperatura, mayor energía

Los cuerpos poseen una determinada energía térmica, debido a que se encuentran en constante agitación

Tipos de procesos

Adiabático

Los nuevos valores de las variables de estado pueden ser cuantificados usando la ley de los gases ideales.

ΔU + W = 0

W es el trabajo realizado por el sistema.

U es la energía interna del sistema

volúmenes que impiden la transferencia de calor con el entorno.

El sistema termodinámico (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno

Politrópico

P1V1n = P2V2 n =…= C.

ocurrido en gases, en el que existe, tanto una transferencia de energía al interior del sistema que contiene el o los gases como una transferencia de energía con el medio exterior

K=δQ/δW=constante durante tal proceso.

pVn = C

n, el índice politrópico

V es un volumen específico

p es la presión

Isoentálpico

dK – d(PV) = Q + W.

dK + dh – d(PV) = Q + W.

du = d(h – PV) = dh – d (PV)

dK + du = Q + W.

es un proceso que procede sin ningún cambio en la entalpía H

la suma de cada uno de los términos del balance energético distintos de la entalpía se cancelen entre sí, de modo que la entalpía se mantenga sin cambios

Cambios de energía cinética

calor

Si se analiza un proceso de flujo constante y en estado estacionario utilizando un volumen de control, todo lo que se encuentre fuera del volumen de control se considerará el entorno

Isoentrópico

un proceso isoentrópico es aquel en el que la entropía del fluido que forma el sistema permanece constante

La temperatura es la variable termodinámica conjugada de la entropía

SQ < TdS

dS es el cambio en la entropía del sistema en dicho proceso

T es la temperatura de la fuente térmica que interviene en el proceso

SQ es la cantidad de energía que el sistema gana por transferencia de calor

Isocórico

proceso de carácter termodinámico en el cual el volumen permanece constante.

W = PAV

Usando capacidad calorífica

Cv = dU / dT

proceso isocrórico

dU - dQ

reemplazar trabajo por volumen

dU - dQ - PdV

Para un proceso reversible

dU - dQ - dW

Isobárico

Formulas

Q 1 - 2 = (k/(k-1)) P (V2 - V1)

c p es el calor específico

V volumen

Q 1-2= m c p (T2 - T1)

m es masa de la sustancia

P la presión

W 1-2= nR (T2 - T1)

n es la cantidad de polvo

Q 1-2 es la cantidad de suministro eliminado

W 1-2 = P (V2 - V1)

k es una razón al conciente del calor específico

T es temperatura absoluta

W 1-2 es el trabajo realizado por el cambio de estado

compresión mediante el cual el volumen y la temperatura de un gas varían mientras que la presión se mantiene constante

el incremento de la energía es igual al incremento de la entalpía menos la presión multiplicada por el incremento de volumen

isobárico se rige por la ley de Charles. Según la ley de Charles, para una masa fija de gas ideal a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura de Kelvin.

Isotérmico

Procesos

La energía interna depende de la temperatura

volumen

temperatura

presión

Se realiza un trabajo que altera vol y presión

Ejemplos

Maquina carnot

Reacciones refirgerador

Cambios de fase de diferentes líquidos a través del proceso

Evaporación

Fusión

Principio

Pv = nRT = P= nRT/V

dW = PAdx = PdV

dW = F * dr

dQ = dU - dW

Transformación termodinámica

Variación estado sistema físico

Temperatura constante

Sistemas termodinámicos

Pares diatérmica

Permite el paso del calor

equilibrio termodinamico

Pared adiabática

Impide calor entre dos cuerpos

Límite sistema

Zona que interactua con la energía

sistema aislado

No intercambian energía

No intercambia materia

Sistema cerrado

si intercambian energía

No intercambian materia con el entorno

Sistema abierto

Intercambian materia y energia con el entorno

Leyes de los gases

Ley de Avogrado

Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas.

R= la constante de los gases ideales

Ley de Boyle

Corresponde a las transformaciones que experimenta un gas cuando su temperatura permanece constante.

P1/P2 = V1/V2

n= el número de moles

Ley de Gay-Lussac

Corresponde a las trasformaciones que sufre un gas ideal cuando el volumen permanece constante.

P1/P2 = T1/T12

V = el volumen del gas

Ley de Charles

Cuando la temperatura se acerca al cero absoluto, todos los gases tienden al mismo comportamiento.

T= la temperatura del gas medida en Kelvin

Corresponden a las transformaciones que experimenta un gas cuando la presión es constante.

V1/V2 = T2/T1

P= es la presión del gas

La ecuación del gas ideal se basa condensa la ley de Boyle, la de Gay-Lussac, la de Charles y la ley de Avogadro.

PV=nRT

Ciclos termodinámicos

Se obtiene trabajo w al transferir calor de una fuente caliente a un depósito frío

Pasos:

3. Comprensión isotérmica

Tanto el volumen como la presión varían pero la temperatura permanece constante.

es necesario eliminar una cantidad de calor equivalente al trabajo que se necesita aplicar en dicho proceso

la presión y el volumen de un gas cambian, permaneciendo la temperatura constante.

2.Expansión adiabática

un proceso adiabático no podrá ser isotérmico (el gas se enfría).

Como trabajo (w)

Como calor (q)

1.Expansión isotérmica

Si al hacer esto no recibe energía el gas utilizará su propia energía para expandirse

por lo que disminuirá su temperatura

Cuando un gas ideal se expande, puesto que está empujando una pared móvil hacia fuera, está cediendo energía a los alrededores.

la variación de energía interna (∆U) que sufre un sistema en un proceso es igual a la suma de los flujos de energía intercambiados

como trabajo (w)

como calor (q)

cambio reversible en un sistema termodinámico, siendo en dicho cambio la temperatura constante en todo el sistema

Leyes

Tercera ley:

Al llegar al cero absoluto (cero en unidades de Kelvin ), la entropía posee un valor mínimo constante.

Al llegar al cero absoluto (cero en unidades de Kelvin), los procesos de los sistemas físicos se detienen.

Segunda ley: entropía

en cada transferencia o transformación de energía en el mundo real, cierta cantidad de energía se convierte en una forma que es inutilizable (incapaz de realizar trabajo)

δQ = n . cp .dT

sustancias puras

Los gases superfluidos de Fermi.

El condensado de Bose-Einstein

Técnicas de enfriamiento por láser

Superconductividad

Superfluidez

Aplicaciones

la entropía de un sistema a la temperatura del cero absoluto es una constante bien definida.

Esto se debe a que, a la temperatura del cero absoluto, un sistema se encuentra en un estado básico y los incrementos de entropía se consiguen por degeneración desde este estado básico.

a entropía de una sustancia pura y cristalina en el cero absoluto es nula.

Primera ley: energía intena

la energía no se puede crear ni destruir, solo puede cambiarse o transferirse de un objeto a otro.

ejemplos

Tú estas transformando la energía química de tu última comida en energía cinética cuando caminas, respiras y mueves tu dedo para desplazarte hacia arriba y hacia abajo por esta página.

Las plantas convierten la energía solar (energía radiante) en energía química almacenada en moléculas orgánicas.

Una bola de billar golpea a otra, lo que transfiere energía cinética y hace que la segunda bola se mueva.

Los focos transforman energía eléctrica en energía luminosa (energía radiante).

T: ΔS = ΔQ/T.

ΔQ, ganada o perdida por el sistema

ΔS, se define como la energía neta transferida como calor

si bien todo el trabajo mecánico puede transformarse en calor, no todo el calor puede transformarse en trabajo mecánico.

Ley cero: equilibrio térmico

Energías que la componen

energía potencial elástica

energía potencial gravitatoria

energía cinética

Q = m . Ce . Δt

Ce su calor específico expresado en cal / gr °C, y Δt la variación de temperatura, o sea: Δt = tf – ti, tiempo final menos tiempo inicial.

establece que, cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero, estos están a su vez en equilibrio térmico entre sí.

si no hay transferencia de calor hacia otros objetos, en adelante mantendrán un equilibrio térmico.

Si tenemos dos objetos en contacto, uno más caliente que otro, a medida que el tiempo transcurra ambos tenderán a alcanzar la misma temperatura

Trabajo

En Física la combinación de una fuerza y un desplazamiento produce un trabajo. Además del trabajo mecánico de los cuerpos materiales, existen otros tipos de trabajo

Trabajo eléctrico: Relacionado con el movimiento de cargas en el interior de un campo eléctrico

Trabajo termodinámico: Se relaciona con los cambios de volúmenes experimentados por los cuerpos bajo los efectos del calor o de la presión.

Es el producto de una fuerza aplicada sobre un cuerpo y del desplazamiento del cuerpo en la dirección de esta fuerza.

Fuerza x Distancia

W=F→⋅Δr→=F⋅Δr⋅cosϕ=F⋅Δs⋅cosϕ

ϕ es el ángulo que forman las fuerza y el desplazamiento experimentado por el cuerpo.

Δs es el espacio recorrido por el cuerpo.

Δr→ es el vector desplazamiento del cuerpo

F es una fuerza constante.

W es el trabajo realizado por la fuerza