1. TERMODINAMICA
1-CONCEPTO:Es la parte de la física que se encarga de estudiar las
relaciones existentes entre el calor y el trabajo, especialmente el calor
que produce un cuerpo para realizar trabajo. Por consiguiente, los
mecanismos destinados a transformar energía calorífica en mecánica
toman el nombre de máquinas térmicas.
2-DIMENSIONES Y UNIDADES
Cualquier cantidad física se caracteriza mediante dimensiones. Las magnitudes
asignadas a las dimensiones de llaman unidades. Algunas dimensiones básicas,
como masa m, longitud L, tiempo T se seleccionan como dimensiones primarias o
fundamentales, mientras que otras como la velocidad V, energía E, y el volumen
se expresan en términos de las dimensiones primarias y se llaman dimensiones
secundarias o dimensiones derivadas.
Con el paso de los años se han creado varios sistemas de unidades. En la
actualidad son de uso común dos sistemas: el sistema ingles y el SI métrico,
también llamado sistema internacional, el cual esta basado en una relación
decimal entre las distintas unidades.
Las siete dimensiones fundamentales
(o primarias) y sus unidades en el SI
|Dimensión |Unidad |
|Longitud |metro (m) |
|Masa |kilogramo (kg) |
|Tiempo |segundo (s) |
|Temperatura |kelvin (K) |
|Corriente Eléctrica |ampere (A) |
|Cantidad Luminosa |candela (cd) |
|Cantidad de Materia |mol (mol) |
3-DEFINICIONES:
–Temperatura: La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las
partículas en una sustancia. Como lo que medimos en sus movimiento medio, la
temperatura no depende del número de partículas en un objeto y por lo tanto no
depende de su tamaño. Por ejemplo, la temperatura de un cazo de agua hirviendo
es la misma que la temperatura de una olla de agua hirviendo, apesar de que la
olla sea mucho más grande y tenga millones y millones de moléculas de agua más
que el cazo.

2. -Energía térmica: La energía térmica o calorífica es la parte de energía interna
de un sistema termodinámico en equilibrio que es proporcional a su temperatura
absoluta y se incrementa o disminuye por transferencia de energía, generalmente
en forma de calor o trabajo, en procesos termodinámicos. A nivel microscópico y
en el marco de la Teoría cinética, es el total de laenergía cinética media presente
como el resultado de los movimientos aleatorios de átomos y moléculas o
agitación térmica, que desaparecen en el cero absoluto.
-Calorimetría: La calorimetría es la ciencia de medir el calor de las reacciones
químicas o de los cambios físicos. El instrumento utilizado en calorimetría se
denomina calorímetro. La palabra calorimetría deriva del latino "calor". El científico
escocés Joseph Black fue el primero en reconocer la distinción entre calor y
temperatura, por esto se lo considera el fundador de calorimetría.
Fue mediante calorimetría que Joule calculó el equivalente mecánico del calor
demostrando con sus experiencias que 4.18 J de cualquier tipo de energía
equivalen a 1 caloría.
La calorimetría indirecta calcula el calor que producen los organismos vivos
mediante su producción de dióxido de carbono y de los residuos de nitrógeno
(frecuentemente amoníaco en organismos acuáticos o, también, urea en los
terrestres). Antoine de Lavoisier indicó en 1780 que la producción de calor puede
ser calculada por el consumo de oxígeno de los animales. Naturalmente, el calor
generado por los organismos vivos también puede ser medido por calorimetría
directa, en la cual el organismo entero es colocado en el interior del calorímetro
para hacer las mediciones.
-Dilatación de cuerpos: Todos los cuerpos materiales (sólidos, líquidos y
gaseosos) experimentan una dilatación de su volumen cuando aumenta su
temperatura interna. Dependiendo de la sustancia, cada una posee diferente
comportamiento, el cual se registra con un coeficiente de dilataciónespecífico
para cada material. A excepción de los gases, se presentan tres tipos de dilatación
para cuerpos sólidos y líquidos:
Dilatación superficial:
Es el incremento del área (Segunda Dimensión) de un cuerpo en forma plana por
su aumento interno de temperatura. Se llamaCoeficiente de Dilatación
Superficial (KS) al incremento del área que experimenta la unidad de superficie al
aumentar su temperatura en 1°C.
El coeficiente de dilatación superficial KS es igual al doble del coeficiente de
dilatación lineal del mismo material, o sea:
KS = 2*K

3. Su fórmula es:
AF: Área final
AO: Área Inicial
TF: Temperatura final
TO: Temperatura inicial
Dilatación cubica:
Es el incremento del volumen (Tercera Dimensión) de un cuerpo en forma de un
sólido geométrico por su aumento interno de temperatura. Se llama Coeficiente
de Dilatación Cúbico (KC) al incremento del volumen que experimenta la unidad
de volumen al aumentar su temperatura en 1°C.
El coeficiente de dilatación cúbico KC es igual al triple del coeficiente de dilatación
lineal del mismo material, o sea:
KC = 3 * K
Su fórmula es:

4. VF: Volumen final
VO: Volumen Inicial
TF: Temperatura final
TO: Temperatura inicial
Variación de la densidad:
Aunque cambie el volumen de un cuerpo por una dilatación cúbica, su masa
permanece constante, variando sólo su densidad. Este cambio se determina por la
fórmula:
dF: Densidad final
dO: Densidad Inicial
K: Coeficiente de dilatación de la sustancia
TF: Temperatura final
TO: Temperatura inicial
Dilatación anormal del agua:
Normalmente, cuando disminuye la temperatura de un líquido, éste se contrae de
acuerdo con el principio de la dilatación cúbica. Sin embargo, existe una gran
excepción con el agua, ya que:
El agua se contrae cuando su temperatura aumenta desde 0°C hasta 4°C.

5. Luego de los 4°C, el agua se comporta de forma normal, aumentando su volumen
según se incremente la temperatura. Por lo tanto: Elagua líquida tiene su mayor
densidad a los 4°C y no a los 0°C como era de esperarse.
Esto trae como consecuencia que:
El agua es la única sustancia en la que el hielo puede flotar sobre el líquido,
debido a que el hielo es menos denso que el agua.
Gracias a esta importante propiedad por ejemplo: El agua de los lagos sólo se
congela en la superficie cuando llega el invierno, conservando dentro del estanque
agua líquida, que mantiene la vida de los pecesy animales que lo habitan.
4-LEYES DE LA TERMODINAMICA
Ley cero 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 un estado del sistema
(presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal,
tensión superficial, entre otras) no son dependientes del tiempo. A dichas variables
empíricas (experimentales) de un sistema se les conoce como coordenadas
termodinámicas del sistema.
A este principio se le llama del equilibrio termodinámico. Si dos sistemas A y B
están en equilibrio termodinámico, y B está en equilibrio termodinámico con un
tercer sistema C, entonces A y C están a su vez en equilibrio termodinámico. Este
principio es fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado
formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que
recibe la posición
Primera ley de la termodinámica
También conocido 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. 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 Antoine Lavoisier.
La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:
Eentra − Esale = ΔEsistema
Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos
termodinámico, queda de la forma:

6. Segunda ley de la termodinámica
Esta ley regula 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. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la
existencia de una magnitud física llamada entropía tal que, para un sistema
aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la
entropía siempre debe ser mayor que cero.
Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es
unidireccional, desde los cuerpos a temperatura más alta a aquellos de
temperatura más baja.
Tercera ley de la termodinámica
La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesto por WaltherNernst, afirma
que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un
número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida
que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor
constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede
considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción
exigida por la Termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado
tratarlo de “ley”.
Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica son sólo
generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas macroscópicos,
pero inaplicables a nivel cuántico. El demonio de Maxwell ejemplifica cómo puede
concebirse un sistema cuántico que rompa las leyes de la Termodinámica.
Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía,
es la más sólida y universal de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora
por la ciencia.
5-APLICACIONES DE TERMODINAMICA
-En la construcción de edificaciones, en especial de las estructuras metálicas se
tiene que tomar en cuenta sus propiedades al dilatarse o contraerse con los
cambios de temperatura del ambiente.

7. -En el estudio de los cambios de fase de las diferentes sustancias.
-En la construcción de máquinas térmicas, por ejemplo: motores que funcionan
con combustible, refrigeradoras...
-El estudio del rendimiento de reacciones energéticas.
-El estudio de la viabilidad de reacciones químicas.
-El estudio de las propiedades térmicas de los sistemas (dilataciones,
contracciones y cambios de fase).
-Establece rangos delimitados de los procesos posibles en función de leyes
negativas.
Jairo Alberto Florez Ortiz.