1) La termodinámica estudia las transformaciones de la energía y permite realizar análisis cuantitativos y predicciones. 2) La liberación de energía puede producir calor, trabajo mecánico o trabajo eléctrico. 3) Los conceptos básicos incluyen sistema, entorno, equilibrio y funciones de estado.

1. Termodinámica

2. Termodinámica
• Estudio de las transformaciones de la energía,
lo que permite análisis cuantitativo y realizar
predicciones
• Liberación de energía puede producir:
– Calor ( ejemplo: horno)
– Trabajo mecánico (ejemplo: motor de un auto)
– Trabajo eléctrico ( ejemplo: circuito eléctrico)

3. Conceptos Básicos
Universo está formado por un sistema y un
entorno o medio
• Sistema: parte del universo en el cual
tenemos un interés en especial
• Medio: región fuera del sistema. Lugar donde
se realizan las mediciones
• Cada sistema puede ser subsistema de otro
mayor o estar dividivo en distintos
subsistemas

4. Tipos de Sistema

5. Sistema Termodinámico
• Queda especificado cuando se conoce su naturaleza
fisicoquímica y la propiedad de sus paredes (ya sea de
los subsistemas como del sistema con su entorno)
• Equilibrio de un sistema: estado privilegiado en el cual
las propiedades del sistema están determinadas por los
factores intrísecos de cada sistema (propiedades físico-
químicas)
– Equilibrio mecánico
– Equilibrio térmico Equilibrio termodinámico
– Equilibrio químico

6. Ley cero de la termodinámica
• La ley cero de la termodinámica establece que si dos
sistemas, A y B, están en equilibrio termodinámico, y B
está a su vez en equilibrio termodinámico con un tercer
sistema C, entonces A y C se encuentran en equilibrio
termodinámico.
• Este principio fundamental se enunció formalmente
luego de haberse enunciado las otras leyes de la
termodinámica, por eso se la llamó “ley cero”.

7. Función de estado
• Magnitud física macroscópica que caracteriza
el estado de un sistema en equilibrio, no son
independientes entre sí
• El valor de una función de estado sólo
depende del estado termodinámico actual en
que se encuentre el sistema, sin importar
como llegó a él

8. Ecuación de estado
• Ecuación constituitiva para sistemas
hidroestáticos que describe el estado de
agregación de la materia como una relación
matemática entre T, p, V, d, U y otras
funciones de estado asociadas con la materia

9. Algunas Propiedades Termodinámicas
• Volumen (V)
• Presión (P)
• Temperatura (T)
• Cantidad de materia (n)
• Energía interna (U)
• Entropía (S)
• Entalpía (H)
• Función de Helmholtz (F)
• Función de Gibbs (G)

10. Variables extensivas y intensivas
• Extensivas: su valor en el sistema es la suma
de sus valores en cualquier conjunto de
subsistemas en que el sistema se divida
(Ej V y n)
• Intensivas: son locales, definidas en cada
pequeña región del sistema. En un sistema en
equilibrio las variables intensivas son iguales
en cualquier región. (EJ. T y P)

11. Trabajo, Calor y Energía
• Trabajo: movimiento contra una fuerza que se
opone. Ejemplo: Gas que se expande, empuja
un émbolo y levanta un peso
• Energía: Capacidad del sistema de realizar un
trabajo. Ejemplo: resorte (sistema) tiene más
energía al estar comprimido que al
descomprimirse (trabajo realizado)
• Calor: Forma, distinta del trabajo, para disipar
la energía

12. Trabajo, Calor y Energía
• Procesos exotérmicos: liberación de energía a
través del calor ( todas las reacciones de
combustión)
• Procesos endotérmicos: proceso en que se
adquiere energía del entorno como calor
(vaporización del agua)

13. En términos moleculares…
• Movimiento térmico (calentamiento):
movimiento desordenado de moléculas. Al
aumentar la temperatura transfiero energía a las
moléculas por los que éstas aumentan su
movimiento en forma aleatoria
• Trabajo es la trasferencia de energía que utiliza el
movimiento organizado. Ejemplo: Resorte: para
levantar el peso los átomos se desplazan
organizaamente hacia arriba o hacia abajo

14. Energía interna
• Energía total de un sistema (U)
• Es una función de estado: depende del estado
actual del sistema
• Es una propiedad extensiva
• Se mide en Joules (al igual que el trabajo y el
calor) 1J= 1 Kg m2 s-2
1 cal= 4,184 J
La energía de una caloría eleva la temperatura de
1gr de agua en 1ºC

15. Formas de modificar la U
• Calor
• Trabajo
• En un sistema aislado de su entorno la U no
cambia
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA:
La energía interna de un sistema aislado es
constante

16. Primera Ley de la termodinámica
∧U= q+w
∧U= cambio resultante de energía interna
q= energía transferida como calor al sistema
w= trabajo efectuado sobre el sistema
“Si la energía es transferida al sistema como calor o
trabajo el signo es +, si la energía es cedida por el
sistema hacia el entorno el valor es negativo”

17. Ejemplo
1) Al comprimir un resorte se realizan sobre el
100 J de trabajo y se pierden 15 J como calor
hacia el medio. El cambio de energía interna
del resorte es:
∧U= +100 J – 15J = +85 J

18. Calorimetría
• Estudio de la
transferencia de
calor durante
procesos físicos y
químicos
• Calorímetro:
dispositivo que
mide la
transferencia de
energía como
calor

19. Capacidad Calorífica
• Cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida
a un cuerpo o sistema en un proceso y el cambio de
temperatura que experimenta
• Energía necesaria para aumentar una unidad de
temperatura
U
• La capacidad calorífica es una propiedad extensiva (100 gr
de agua tienen 100 veces más capacidad calorífica de 1 gr
de agua)
• Calor específico: capacidad calorífica /masa

20. Entalpía
• Expresar la cantidad de calor que cede o absorbe
un sistema termodinámico en transformación
isobárica (es decir, a presión constante)
• Entalpía (H)
H= U + pV
• El cambio en la entalpía es igual a la energía
proporcionada como calor a presión constante.
Ej; si suministramos 36 kJ de energía a través de
un calentador eléctrico inmerso en un baño
abierto de agua, la entalpía del agua se
incrementa en 36 kj siendo H= +36kj

21. Entalpía de cambios físicos
• Entalpía estándar: sustancias iniciales y finales
del proceso se hallan en estado estándar
• Estado estándar: sustancia a temperatura
específica en su forma pura a 1bar
• Entalpía estándar de transición: cambio de
entalpía que acompaña un cambio de estado
físico
– Entalpía estándar de vaporización
– Entalpía estándar de fusión

22. Entalpía como función de estado
• Un cambio en la entalpía es
independiente del camino
entre los dos estados
• Los cambios en la entalpía
estándar de un proceso en
una dirección y su proceso
inverso sólo varían en el signo

23. Alimentos y Reserva de energía
• Un hombre tipo de 18-20 años requiere un
ingreso diario de app 12MJ
• Entalpía de los alimentos:
– Glucosa pura: 16kJ/g
– Hidratos de carbono: 17 kj/gr
– Grasas: 38 kJ/gr
• El calor liberado por la oxidación de los
alimentos debe ser liberado para mantener
temperatura corporal normal (35,6 – 37,8º C)

24. Mantención de la temperatura
corporal
• Flujo Sanguíneo: aumenta a nivel de los
capilares produciendo enrojecimiento de la
piel e irradiación de calor
• Evaporación de agua: transpiración

25. Segunda Ley de la termodinámica
• Se resume en el reconocimiento de
2 clases de procesos: espontáneos y
no espontáneos
– Gas se expande para llenar el espacio
disponible (espontáneo)
– Objeto se enfría en un refrigerador (
debe realizarse un trabajo)
• Kelvin dice: no es posible un
proceso en el cual el único
resultado sea la absorción de calor
de un reservorio y su conversión
total en trabajo

26. Disipación de la energía
• Energía cinética del
movimiento de la pelota se
dispersa en la energía
térmica del movimiento de
sus patículas y de las del
piso sobre el cual golpea
• ¿Porqué un balón en reposo
en un piso caliente no
comienza a rebotar?

27. Disipación de la energía
• Para que haya trabajo mecánico debe haber
movimiento ordenado de las moléculas del
suelo ejerciendo una acción localizada
• Un gas no se contrae en forma espontánea
porque para hacerlo el movimiento aleatorio
de sus partículas en un contenedor debería
concentrarse para llevar a todas las moléculas
a un mismo sector del contenedor

28. Entropía (S)
• Función de estado que mide el grado de desorden
dentro de un proceso y permite distinguir la energía
útil, que es la que se convierte en su totalidad en
trabajo, de la inútil, que se pierde en el medio
ambiente.
• Segunda ley de la termodinámica puede expresarse de
la siguiente forma:
“La evolución espontánea de un sistema aislado se
traduce siempre en un aumento de su entropía.”
• Es una variable extensiva, califica el grado de desorden
de un sistema

29. Ejemplo de entropía: Cadenas Tróficas
• Al ir subiendo de nivel (de productores a consumidores) se
va perdiendo energía química potencial como calor.
• Al proceso por el cual la energía pierde su capacidad de
generar trabajo útil o, mejor dicho, se transforma en otra
energía que es menos aprovechable, se le llama entropía.

30. Ejemplo de entropía: Cadenas Tróficas
• La entropía se entiende como el grado de desorden de
un sistema, así, por ejemplo, en la medida en que
vamos subiendo niveles en la cadena trófica, cada vez
tenemos menos control sobre la energía química
potencial que sirve para generar trabajo ya que ésta se
ha ido transformando en calor y nosotros podemos
aprovechar (controlar) menos este tipo de energía, es
decir va aumentando el grado de descontrol
(desorden) que tenemos sobre la cadena trófica
• Por eso se dice que todo sistema biológico tiende a la
entropía; es decir, al desorden.

31. Transmisión de Calor
• Conducción
• Convección
• Radiación

32. Conducción de calor.
• Mecanismo de transferencia de energía
térmica entre 2 sistemas basado en el
contacto directo de sus partículas que tiende a
igualar la temperatura dentro de un cuerpo y
entre diferentes cuerpos en contacto por
medio de ondas.
• Es muy reducida en el espacio y es nula en el
espacio vacío ideal, espacio sin energía.

33. Conducción de calor.
• conductividad térmica conducción de calor en
los materiales (capacidad de conducción de
calor o capacidad de una sustancia para
transferir el movimiento cinético de sus
moléculas a sus moléculas adyacentes o a
otras con las que esté en contacto).
• La inversa de la conductividad térmica es la
resistividad térmica, que es la capacidad de
los materiales para oponerse al paso del calor.

34. Conducción de calor.
• Está determinada por la ley de Fourier. Establece que la tasa
de transferencia de calor por conducción en una dirección
dada, es proporcional al área normal a la dirección del flujo de
calor y al gradiente de temperatura en esa dirección.
• donde Qx es la tasa de flujo de calor que atraviesa el área A
en la dirección x, la constante de proporcionalidad λ se llama
conductividad térmica, T es la temperatura y t el tiempo.

35. Convección.
• Una de las 3 formas de transferencia de calor y se
caracteriza porque se produce por medio de un
fluido (aire, agua) que transporta el calor entre zonas
con diferentes temperaturas.
• Se produce únicamente por medio de materiales
fluidos. Éstos, al calentarse, ↑ volumen, ↓ densidad
y ascienden desplazando el fluido que se encuentra
en la parte superior y que está a menor temperatura.
• Lo que se llama convección en sí, es el transporte de
calor por medio de las corrientes ascendente y
descendente del fluido.

36. Convección.
• La transferencia de calor por convección se expresa con la Ley
del Enfriamiento de Newton:
• Donde h es el coeficiente de convección (ó coeficiente de
película), As es el área del cuerpo en contacto con el fluido, Ts
es la temperatura en la superficie del cuerpo y Tinf es la
temperatura del fluido lejos del cuerpo.

37. Radiación.
• Propagación de energía en forma de ondas
electromagnéticas o partículas subatómicas a
través del vacío o de un medio material.
• Forma de ondas electromagnéticas (Rayos X,
Rayos UV, etc.) se llama radiación
electromagnética, mientras que la radiación
corpuscular es la radiación transmitida en
forma de partículas subatómicas (partículas α,
neutrones, etc.) que se mueven a gran
velocidad en un medio o el vacío, con
apreciable transporte de energía.

38. Radiación
• Si la radiación transporta energía suficiente
como para provocar ionización en el medio
que atraviesa, se dice que es una radiación
ionizante. El carácter ionizante o no ionizante
de la radiación es independiente de su
naturaleza corpuscular u ondulatoria.
• Son radiaciones ionizantes los Rayos X, Rayos
γ, y Partículas α, entre otros. Por otro lado,
radiaciones como los Rayos UV y las ondas de
radio, TV o de telefonía móvil, son algunos
ejemplos de radiaciones no ionizantes.

39. Regulación de la t° corporal.
• Humanos: aprox. 37ºC. Temperatura
promedio: 36.7ºC.
• T° en un sujeto puede variar a lo largo del
día, siendo un poco más baja de
madrugada y 0.5ºC más alta al anochecer.
• Durante el sueño la temperatura se regula
y tiende a bajar. En las mujeres aumenta
medio grado en la segunda parte del ciclo
menstrual, después de la ovulación.

40. Regulación de la t° corporal.
• Esta regulación tiene mucho sentido fisiológico.
La información cutánea permite al hipotálamo
anticiparse a los cambios.
• Si la temperatura cutánea es baja (ambiente frío),
conviene conservar el calor, así que el hipotálamo
pone en marcha mecanismos correspondientes
antes de que la t° en el interior del organismo
cambie.
• Cerebro se daña fácilmente con cambios de t°,
por lo que si ésta en el hipotálamo aumenta, se
ponen en marcha inmediatamente mecanismos
para bajarla, sin importar cuál sea la t° de la piel.

41. Regulación de la t° corporal.
• El hipotálamo puede actuar sobre la t° corporal mediante:
• La circulación cutánea: Cuando la t° es baja, hipotálamo
activa fibras nerviosas simpáticas que van a la piel, por lo que
llega menos sangre a ella. En cambio, cuando la t° es elevada
las arterias cutáneas se dilatan, la sangre llega a la superficie y
allí se enfría en contacto con el aire.
• El sudor. Cuando la t° es elevada, las glándulas sudoríparas
producen sudor, este se evapora en la superficie del cuerpo
eliminando calor.
• Contracción muscular. El frío produce contracciones
musculares involuntarias, que aumentan tono muscular o
contracción basal y si es más intenso produce un temblor
perceptible. Estas contracciones consumen energía que se
transforma en calor.

42. Regulación de la t° corporal.
• Pilorección. El pelo cutáneo se levanta debido a la
contracción de unos pequeños músculos que hay en la
base de cada pelo. En humanos este reflejo tiene poca
importancia, pero en especies con un pelo tupido, hace
que quede atrapada una capa de aire debajo del pelo
que aísla y disminuye la pérdida de calor.
• Aumento del metabolismo. El hipotálamo aumenta la
producción del la hormona TRH, esta estimula la
producción en la hipófisis de TSH, la cual a su vez
incrementa la secreción de hormonas en la glándula
tiroides, y finalmente estas estimulan la producción de
calor en todas las células del organismo.