1. TERMODINAMICA

2. ¿QUÉ ES LA TERMODINAMICA?
Los estados de equilibrio son
estudiados y definidos por Es la rama de la física que describe
medio de magnitudes los estados de equilibrio a nivel
extensivas tales como la macroscópico. Constituye una
energía interna, la entropía, el teoría fenomenológica, a partir de
volumen o la composición razonamientos deductivos, que
molar del sistema, o por medio estudia sistemas reales, sin
de magnitudes no-extensivas modelizar y sigue un método
derivadas de las anteriores experimental.
como la temperatura, presión y
el potencial químico.

3. Es importante recalcar que la
Tales estados
termodinámica ofrece un aparato
terminales de
formal aplicable únicamente a estados
equilibrio son, por
de equilibrio, definidos como aquel
definición,
estado hacia «el que todo sistema
independientes del
tiende a evolucionar y caracterizado
tiempo, y todo el
porque en el mismo todas las
aparato formal de la
propiedades del sistema quedan
termodinámica --
determinadas por factores intrínsecos
todas las leyes y
y no por influencias externas
variables
previamente aplicadas».
termodinámicas--, se
definen de tal modo
que podría decirse
Los estados de equilibrio son necesariamente que un sistema está
coherentes con los contornos del sistema y las en equilibrio si sus
restricciones a las que esté sometido. Por medio propiedades pueden
de los cambios producidos en estas restricciones ser descritas
(esto es, al retirar limitaciones tales como impedir consistentemente
la expansión del volumen del sistema, impedir el empleando la teoría
flujo de calor, etc.), el sistema tenderá a termodinámica.
evolucionar de un estado de equilibrio a otro;[9]
comparando ambos estados de equilibrio.

4. la termodinámica permite estudiar los procesos de intercambio de masa y energía
térmica entre sistemas térmicos diferentes. Para tener un mayor manejo se
especifica que calor significa «energía en tránsito» y dinámica se refiere al
«movimiento», por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la
energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se
desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras
máquinas de vapor.
Como ciencia fenomenológica,
También se introduce una magnitud
la termodinámica no se ocupa
llamada entropía, que se define
de ofrecer una interpretación
como aquella función extensiva de
física de sus magnitudes. La
la energía interna, el volumen y la
primera de ellas, la energía
composición molar que toma
interna, se acepta como una
valores máximos en equilibrio: el
manifestación macroscópica de
principio de maximización de la
las leyes de conservación de la
entropía define el sentido en el que
energía a nivel microscópico,
el sistema evoluciona de un estado
que permite caracterizar el
de equilibrio a otro.
estado energético del sistema
macroscópico

5. PRINCIPIO CERO DE LA
TERMODINAMICA
• 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.
Tiene tremenda 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.
• El tiempo es un parámetro cinético, asociado a nivel microscópico; el cual a su vez
esta dentro de la físico química y no es parámetro debido a que a la termodinámica
solo le interesa trabajar con un tiempo inicial y otro final. A dichas variables
empíricas (experimentales) de un sistema se las conoce como coordenadas
térmicas y dinámicas del sistema.

6. PRIMERA LEY DE LA
TERMODINAMICA
Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi
También conocida como
Carnot en 1824, en su obra Reflexiones
principio de conservación de
sobre la potencia motriz del fuego y sobre
la energía para la
las máquinas adecuadas para desarrollar
termodinámica «en realidad
esta potencia, en la que expuso los dos
el primer principio dice más
primeros principios de la termodinámica.
que una ley de
conservación»
Esta ley permite definir el calor
establece que si se realiza trabajo
como la energía necesaria que
sobre un sistema o bien éste
debe intercambiar el sistema para
intercambia calor con otro, la energía
compensar las diferencias entre
interna del sistema cambiará.
trabajo y energía interna.

7. La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:
• Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de
signos termodinámico, queda de la forma:
• Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad
de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el
sistema.

8. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA
Esta ley cambia 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).
La segunda ley impone
restricciones para las También establece, en algunos casos,
transferencias de energía que la imposibilidad de convertir
hipotéticamente pudieran completamente toda la energía de un
llevarse a cabo teniendo en tipo en otro sin pérdidas.
cuenta sólo el primer principio.

9. TERMOMETRIA
La termometría se encarga Se tiene el termómetro de mercurio
de la medición de la y de alcohol, que se basan en la
temperatura de cuerpos o dilatación, los termopares que
sistemas. Para este fin, se deben su funcionamiento al cambio
utiliza el termómetro, que es de la conductividad eléctrica, los
un instrumento que se basa ópticos que detectan la variación de
en el cambio de alguna la intensidad del rayo emitido
propiedad de la materia cuando se refleja en un cuerpo
debido al efecto del calor caliente.
Para poder construir el termómetro se utiliza el
principio cero de la termodinámica, que dice: «Si
un sistema A que está en equilibrio térmico con
un sistema B, está en equilibrio térmico también
con un sistema C, entonces los tres sistemas A,
B y C están en equilibrio térmico entre sí».

11. PROCESO ISOTERMICO
La compresión o expansión de un
gas ideal en contacto permanente
Se denomina proceso
con un termostato es un ejemplo
isotérmico o proceso isotermo
de proceso isotermo, y puede
al cambio reversible en un
llevarse a cabo colocando el gas
sistema termodinámico, siendo
en contacto térmico con otro
dicho cambio a temperatura
sistema de capacidad calorífica
constante en todo el sistema.
muy grande y a la misma
temperatura que el gas; este otro
sistema se conoce como foco
caliente.
El calor se transfiere muy lentamente,
permitiendo que el gas se expanda
Una curva isoterma es una línea realizando trabajo. Como la energía
que sobre un diagrama interna de un gas ideal sólo depende
representa los valores sucesivos de la temperatura y ésta permanece
de las diversas variables de un constante en la expansión isoterma, el
sistema en un proceso isotermo. calor tomado del foco es igual al
trabajo realizado por el gas: Q = W.

12. GRAFICA DEL PROCESO ISOTERMICO

13. PROCESO ISOBARICO
Un proceso isobárico es un proceso termodinámico que ocurre a presión
constante. La Primera Ley de la Termodinámica, para este caso, queda expresada
como sigue:
Donde:
Q= Calor transferido.
U= Energía Interna.
P= Presión.
V= Volumen.
En un diagrama P-V, un proceso isobárico aparece como una línea horizontal.

14. Gráfica Volumen vs Presión: en el proceso isobárico la presión es constante.
El trabajo (W) es la integral de la presión respecto al volumen.

15. PROCESO ISOCORICO
Un proceso isocórico, también llamado
proceso isométrico o isovolumétrico es un
proceso termodinámico en el cual el volumen
permanece constante; V=0.
Esto implica que el proceso no realiza trabajo presión-volumen, ya que éste se
define como:
• Donde P es la presión (el trabajo es positivo, ya que es ejercido por el
sistema).
• En un diagrama P-V, un proceso isocórico aparece como una línea vertical.

16. Proceso isocórico en un diagrama P-V.

17. PROCESO ADIABATICO
Un proceso adiabático que es
En termodinámica se designa
además reversible se conoce
como proceso adiabático a
como proceso isoentrópico. El
aquél en el cual el sistema
extremo opuesto, en el que tiene
(generalmente, un fluido que
lugar la máxima transferencia de
realiza un trabajo) no
calor, causando que la
intercambia calor con su
temperatura permanezca
entorno.
constante, se denomina proceso
isotérmico.
El término adiabático hace referencia a
elementos que impiden la transferencia El calentamiento y enfriamiento
de calor con el entorno. Una pared adiabático son procesos que
aislada se aproxima bastante a un límite comúnmente ocurren debido al
adiabático. Otro ejemplo es la cambio en la presión de un gas.
temperatura adiabática de llama, que es Esto puede ser cuantificado
la temperatura que podría alcanzar una usando la ley de los gases
llama si no hubiera pérdida de calor hacia ideales.
el entorno.

18. Gráfico de un proceso adiabático en función de p y V.

19. TRANSMICIÓN DEL CALOR
Es el paso de energía térmica desde un cuerpo de
mayor temperatura a otro de menor
temperatura.
Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido
o un fluido, está a una temperatura diferente de
la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia
de calor o intercambio de calor, ocurre de tal
manera que el cuerpo y su entorno alcancen
equilibrio térmico.
Cuando existe una diferencia de temperatura
entre dos objetos en proximidad uno del otro, la
transferencia de calor no puede ser detenida;
solo puede hacerse más lenta

22. • La dilatación térmica corresponde al efecto en el cual, las sustancias
se «agrandan» al aumentar la temperatura. En objetos sólidos, la
dilatación térmica produce un cambio en las dimensiones lineales de
un cuerpo, mientras que en el caso de líquidos y gases, que no
tienen forma permanente, la dilatación térmica se manifiesta en un
cambio en su volumen.
Existen 3 clases de dilatación:
• Dilatación volumétrica
• Dilatación lineal
• Dilatación de área

23. DILATACIÓN VOLUMETRICA
La dilatación volumétrica de un líquido o un gas se observa como un cambio de
volumen V en una cantidad de sustancia de volumen V0, relacionado con un
cambio de temperatura t.
= = =
Donde se llama coeficiente de dilatación volumétrica, medida en la
misma unidad que el coeficiente de dilatación lineal 2 alfa.

24. DILATACION LINEAL
Consideremos primero la dilatación térmica de un objeto sólido, cuyas
dimensiones lineales se pueden representar por , y que se dilata en una
cantidad
Experimentalmente se ha encontrado que para casi todas las sustancias y
dentro de los límites de variación normales de la temperatura, la dilatación lineal
es directamente proporcional al tamaño inicial l0 y al cambio en la temperatura
:
= = =
donde se llama coeficiente de dilatación lineal, cuya unidad es el recíproco del
grado, es decir [°C]-1.

25. DILATACION DE AREA
Es el mismo concepto que el de dilatación lineal salvo que se aplica a cuerpos a
los que es aceptable y preferible considerarlos como regiones planas; por
ejemplo, una plancha metálica. Al serle transmitida cierta cantidad de calor la
superficie del objeto sufrirá un incremento de área: A
= = =
Donde se llama coeficiente de dilatación superficial.