Termodinamica

Fuerza x Distancia

W=F→⋅Δr→=F⋅Δr⋅cosϕ=F⋅Δs⋅cosϕ

W es el trabajo realizado por la fuerza

F es una fuerza constante.

Δr→ es el vector desplazamiento del cuerpo

Δs es el espacio recorrido por el cuerpo.

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

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

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

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

Ley cero: equilibrio térmico

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

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

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

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.

Energías que la componen

energía cinética

energía potencial gravitatoria

energía potencial elástica

Primera ley: energía intena

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

T: ΔS = ΔQ/T.

ΔS, se define como la energía neta transferida como calor

ΔQ, ganada o perdida por el sistema

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

ejemplos

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

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

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

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.

Segunda ley: entropía

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

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.

δQ = n . cp .dT

sustancias puras

Aplicaciones

Superfluidez

Superconductividad

Técnicas de enfriamiento por láser

El condensado de Bose-Einstein

Los gases superfluidos de Fermi.

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)

Tercera ley:

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

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

Pasos:

1.Expansión isotérmica

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

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 calor (q)

como trabajo (w)

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

por lo que disminuirá su temperatura

2.Expansión adiabática

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

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 calor (q)

Como trabajo (w)

3. Comprensión isotérmica

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

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

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

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

Ley de Charles

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

V1/V2 = T2/T1

P= es la presión del gas

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

T= la temperatura del gas medida en Kelvin

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 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 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

Sistema abierto

Intercambian materia y energia con el entorno

Sistema cerrado

No intercambian materia con el entorno

si intercambian energía

sistema aislado

No intercambia materia

No intercambian energía

Límite sistema

Zona que interactua con la energía

Pared adiabática

Impide calor entre dos cuerpos

Pares diatérmica

Permite el paso del calor

equilibrio termodinamico

Isotérmico

Transformación termodinámica

Temperatura constante

Variación estado sistema físico

Principio

dQ = dU - dW

dW = F * dr

dW = PAdx = PdV

Pv = nRT = P= nRT/V

Ejemplos

Cambios de fase de diferentes líquidos a través del proceso

Fusión

Evaporación

Reacciones refirgerador

Maquina carnot

Procesos

Se realiza un trabajo que altera vol y presión

La energía interna depende de la temperatura

presión

temperatura

volumen

Isobárico

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

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.

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

Formulas

W 1-2 = P (V2 - V1)

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

T es temperatura absoluta

k es una razón al conciente del calor específico

W 1-2= nR (T2 - T1)

Q 1-2 es la cantidad de suministro eliminado

n es la cantidad de polvo

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

P la presión

m es masa de la sustancia

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

V volumen

c p es el calor específico

Isocórico

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

W = PAV

Para un proceso reversible

dU - dQ - dW

reemplazar trabajo por volumen

dU - dQ - PdV

proceso isocrórico

dU - dQ

Usando capacidad calorífica

Cv = dU / dT

Isoentrópico

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

SQ < TdS

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

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

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

La temperatura es la variable termodinámica conjugada de la entropía

Isoentálpico

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

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

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

Trabajo

calor

Cambios de energía cinética

Formulas

dK + du = Q + W.

du = d(h – PV) = dh – d (PV)

dK + dh – d(PV) = Q + W.

dK – d(PV) = Q + W.

Politrópico

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

pVn = C

p es la presión

V es un volumen específico

n, el índice politrópico

K=δQ/δW=constante
durante tal proceso.

P1V1n = P2V2 n =…= C.

Adiabático

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

volúmenes que impiden la transferencia de calor con el
entorno.

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

ΔU + W = 0

U es la energía interna del sistema

W es el trabajo realizado por el sistema.

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

a mayor temperatura, mayor energía

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

Propiedades

Capacidad calorífica

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

C=Q/ΔT

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

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

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

Calor específico

es su capacidad calorífica por unidad de masa.

c=C/m

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

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

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

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

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.