1. TERMODINAMICA.
Karol Daniela León C.
Luisa Fernanda Ortiz R.
Lina Yeseni Salgado B.
11.1

2. TERMODINAMICA.
• La Termodinámica es la rama de la Física que trata
del estudio de las propiedades materiales de los
sistemas macroscópicos y de la interconversión de
las distintas formas de energía. Los sistemas que son
objeto del estudio de la Termodinámica se
denominan Sistemas Termodinámicos.

3. SISTEMAS
• Se puede definir un sistema como un conjunto de materia,
que está limitado por una superficie, que le pone el
observador, real o imaginaria. Si en el sistema no entra ni sale
materia, se dice que se trata de un sistema cerrado, o sistema
aislado si no hay intercambio de materia y energía,
dependiendo del caso. En la naturaleza, encontrar un sistema
estrictamente aislado es, por lo que sabemos, imposible, pero
podemos hacer aproximaciones. Un sistema del que sale y/o
entra materia, recibe el nombre de abierto. Ponemos unos
ejemplos:
• Un sistema abierto: se da cuando existe un intercambio de
masa y de energía con los alrededores; es por ejemplo, un
coche. Le echamos combustible y él desprende diferentes
gases y calor.

4. • Un sistema cerrado: se da cuando no existe un
intercambio de masa con el medio circundante, sólo se
puede dar un intercambio de energía; un reloj de
cuerda, no introducimos ni sacamos materia de él. Solo
precisa un aporte de energía que emplea para medir el
tiempo.
• Un sistema aislado: se da cuando no existe el
intercambio ni de masa y energía con los alrededores;
¿Cómo encontrarlo si no podemos interactuar con él?
Sin embargo un termo lleno de comida caliente es una
aproximación, ya que el envase no permite el
intercambio de materia e intenta impedir que la energía
(calor) salga de él. El universo es un sistema aislado, ya
que la variación de energía es cero.

5. DIMENCIONES Y UNIDADES.
• Cualquier medida física tiene dimensiones y debe ser
expresada en las uni-dades correspondientes a estas
dimensiones de acuerdo con un sistema de unidades
particular. Dimensión es el nombre que se le da a las
cantidades físicas: longitud, masa, tiempo, etc. Unidad
es la medida de la dimensión; por ejemplo, pie, metro, y
milla son unidades de la dimensión longitud. Expresar
una aceleración como 9,8 no tiene sentido; si se agrega
la unidad correspondiente de un determinado sistema y
se dice por ejemplo que la aceleración es 9,8 m/s 2,
esta información adquiere sentido. Para trabajos
científicos y de ingeniería, deben usarse las unidades de
medida del Sistema internacional de unidades (S.I.).

6. • Cada sistema escoge un grupo de dimensiones
fundamentales (de acuerdo con un patrón estricto
y reproducible) y las unidades asignadas a estas
dimensiones son unidades básicas. Las unidades
asignadas a aquellas dimensiones que no
pertenezcan al grupo escogido recibirán el nombre
de unidades derivadas. Por ejemplo, si un sistema
escoge la longitud como dimensión fundamental,
el área será una cantidad física derivada.
• Los sistemas de unidades se clasifican en:
• Absolutos: aquellos donde las unidades de fuerza y
energía son deriva-das, como el S. I.
• Gravitacionales: los que no cumplen la condición
anterior; para ellos la fuerza es una dimensión
fundamental definida con base en la fuerza de
atracción gravitacional al nivel del mar, un ejemplo
es el sistema inglés

7. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES.
• Unidades básicas del sistema internacional de
unidades

8. •LEYES DE LA
TERMODINAMICA.

9. Principio cero de la
Termodinámica.
• Este principio o ley cero, establece que existe una
determinada propiedad denominada temperatura empírica
θ, que es común para todos los estados de equilibrio
termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con
uno dado.
• En palabras llanas: «Si pones en contacto un objeto frío con
otro caliente, ambos evolucionan hasta que sus temperaturas
se igualan».
• Tiene una gran importancia experimental «pues permite
construir instrumentos que midan la temperatura de un
sistema» pero no resulta tan importante en el marco teórico
de la termodinámica.
• El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la
condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas
para definir o dar a conocer un estado del sistema (presión,
volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización,
tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x,
y) no son dependientes del tiempo.

10. Primera ley de la
Termodinámica.
• También conocida como principio de conservación de la
energía para la termodinámica, establece que si se realiza
trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con
otro, la energía interna del sistema cambiará.
• En palabras llanas: "La energía ni se crea ni se destruye: solo
se transforma".
• Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la
energía necesaria que debe intercambiar el sistema para
compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue
propuesta por Nicolás Leonard Sadi Carnot en 1824.
• La ecuación general de la conservación de la energía es la
siguiente:

11. Segunda ley de la Termodinámica
• Esta ley marca la dirección en la que deben llevarse a cabo
los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad
de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una
mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a
concentrarse en un pequeño volumen). También establece,
en algunos casos, la imposibilidad de convertir
completamente toda la energía de un tipo en otro sin
pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones
para las transferencias de energía que hipotéticamente
pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el primer
principio.
• Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo
de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de
mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta
lograr un equilibrio térmico.

12. • Enunciado de Clausius:
• Diagrama del ciclo de Carnot en función de la presión y el
volumen.
• En palabras de Sears es: «No es posible ningún proceso cuyo
único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a
una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de
calor por un recipiente a temperatura más elevada».
• Enunciado de Kelvin—Planck
• Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un
ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía
desde un depósito, y la realización de una cantidad igual de
trabajo.
• Otra interpretación
• Es imposible construir una máquina térmica cíclica que
transforme calor en trabajo sin aumentar la energía
termodinámica del ambiente. Debido a esto podemos concluir,
que el rendimiento energético de una máquina térmica cíclica
que convierte calor en trabajo, siempre será menor a la unidad,
y ésta estará más próxima a la unidad, cuanto mayor sea el
rendimiento energético de la misma. Es decir, cuanto mayor sea
el rendimiento energético de una máquina térmica, menor será
el impacto en el ambiente, y viceversa.

13. Tercera ley de la Termodinámica.
• Algunas fuentes se refieren incorrectamente al
postulado de Nernst como "la tercera de las leyes
de la termodinámica". Es importante reconocer
que no es una noción exigida por la
termodinámica clásica por lo que resulta
inapropiado tratarlo de «ley», siendo incluso
inconsistente con la mecánica estadística clásica y
necesitando el establecimiento previo de la
estadística cuántica para ser valorado
adecuadamente. La mayor parte de la
termodinámica no requiere la utilización de este
postulado

14. • ENERGÍA INTERNA:
• Se denomina energía interna de un sistema a la magnitud que cambia
entre dos estados de un sistema en virtud únicamente de ejercer sobre el
mismo un trabajo adiabático (sin flujo de calor).
• PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES:
• Un proceso termodinámico desde un estado inicial i a un estado final f
tal que, tanto el sistema como el medio externo pueden reintegrarse
desde el estado final f a su estado inicial i, de forma que no se origine
ningún cambio exterior al sistema ni a su medio ambiente, se dice que es
un proceso reversible. Caso contrario el proceso es irreversible.
• MAQUINA TÉRMICA:
• Es un sistema que realiza un trabajo mecánico sobre otros sistemas
absorbiendo calor desde un foco caliente.
• MAQUINA FRIGORÍFICA:
• Es un sistema que cede calor a un foco caliente cuando otros sistemas
realizan sobre él un trabajo mecánico.

15. • CICLO TERMODINÁMICO:
• Es el conjunto de las transformaciones termodinámicas de un sistema
que retorna a las condiciones iniciales después de haber realizado un
trabajo sobre otros sistemas.
• Generalmente, el estudio de los ciclos termodinámicos se lleva a cabo
suponiendo que el sistema es un fluido perfecto, que funciona en una
máquina igualmente perfecta, es decir, suponiendo que el ciclo está
constituido por una serie de transformaciones termodinámicas ideales,
como las adiabáticas (sin flujo de calor hacia o desde el sistema),
isobáricas (a presión constante), isocoras (a volumen constante) e
isotérmicas (a temperatura constante).
• CICLO TERMODINÁMICO INVERSO:
• Un ciclo termodinámico inverso busca lo contrario al ciclo
termodinámico de obtención de trabajo. Se aporta trabajo externo al
ciclo para conseguir que la trasferencia de calor se produzca de la
fuente más fría a la más caliente, al revés de como tendería a suceder
naturalmente. Esta disposición se emplea en las máquinas de aire
acondicionado y en refrigeración.

16. • CALOR:
• Se llama calor a la magnitud que fluye entre dos sistemas a causa únicamente de
su diferencia de temperatura. Los mecanismos de flujo de calor entre sistemas son
en general los de conducción, convección y radiación. En cualquier transferencia
de calor, sin embargo, puede predominar uno cualquiera de estos mecanismos,
según sean los procesos y los sistemas termodinámicos actuantes.
• FOCO FRÍO, FOCO CALIENTE:
• Cuando se desarrolla un proceso termodinámico entre dos focos de temperatura
diferente, se llama foco frío o fuente fría de calor al foco de menor temperatura. El
otro sería el foco caliente o fuente caliente de calor.
• TRABAJO. TRABAJO ADIABÁTICO:
• Se dice que un sistema realiza trabajo mecánico sobre otro sistema cuando el
primero le transfiere algún tipo de energía mecánica o electromecánica, ya sea
una compresión, una expansión, etc.
• Cuando se realiza trabajo mecánico sobre un sistema que está envuelto en
paredes adiabáticas, es decir, sin que pueda emitir o adsorber calor durante el
proceso, decimos que realizamos sobre el sistema un trabajo adiabático aquél en
el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo)

17. APLICACIONES DE
LA
TERMODINAMICA.

18. • La termodinámica es útil para todo. Para empezar hay que de limitar a qué se dedica la
termodinámica:
• La termodinámica se ocupa de los intercambios energéticos entre los sistemas.
• La termodinámica establece la espontaneidad de los procesos que se dan entre los
sistemas.
• La termodinámica es una rama de la física puramente empírica, por lo tanto sus
aseveraciones son en cierto sentido absolutas.
• Las utilidades, además de las ya comentadas se pueden agrupar en los siguientes
campos esenciales (bajo mi punto de vista).
• El estudio del rendimiento de reacciones energéticas.
• El estudio de la viabilidad de reacciones químicas.
• El estudio de las propiedades térmicas de los sistemas (como hayan comentado
dilataciones, contracciones y cambios de fase).
• Establece rangos delimitados de los procesos posibles en función de leyes negativas.
• La termodinámica describe los sistemas con un conjunto reducido de variables, las
conocidas como variables de estado, sin entrar en la estructura interna o las teorías
fundamentales subyacentes.