Este documento trata sobre los conceptos básicos de la termodinámica. Explica que la termodinámica estudia la energía, sus formas y transformaciones, así como sus interacciones con la materia. También describe los conceptos clave de calor, trabajo, energía interna, y las leyes de la termodinámica.

1. Termodinámica
M. En EQ. Brenda Vanessa Morales Ponce
Calor
Potencia

2. Es la ciencia de la energía
(la energía es la capacidad de
producir cambios)
Es la rama de la física que
describe los estados
de equilibrio a nivel
macroscópico
Tema de la Física que estudia los
procesos en los que se transfiere
energía como calor y como
trabajo.
El estudio de la energía, sus
formas y transformaciones, así
como sus interacciones con la
materia.

3. Frontera o
pared
Estudio de la termodinámica
mediante el Universo
Universo

4. Abierto
Cerrado
Aislado

5. ¿Qué separa al sistema de los alrededores?
Paredes
Permeable
Semipermeable
Impermeable
Adiabática
Diatérmica
Rígida
Móvil

6. diatérmica adiabática
aislado abierto cerrado

7. Pared permeable
Pared semipermeable
Pared impermeable

8. Incubadora de laboratorio
calorímetro

9. ¿Porqué es importante la
termodinámica?
Estamos rodeados de creaciones técnicas que hubiesen
sido imposibles sin el empleo de la termodinámica.

10. PROPIEDAD Cualquier característica de un sistema
Presión (P), Temperatura (T), Volumen (V), Masa (m)
Independientes de la masa de un
sistema.
Sus valores dependen del tamaño o
extensión del sistema
Temperatura
Presión
Densidad
Volumen
Masa
Peso
Cantidad de sustancia,
energía, entropía, entalpía etc

11. Los sistemas termodinámicos se presentan mediante
ESTADOS
Y trata con
ESTADOS EN EQUILIBRIO
Equilibrio térmico Equilibrio mecánico Equilibrio material
Temperatura constante en
todos los puntos del
sistema
Todas las fuerzas están
equilibradas
No hay cambios globales en
la composición del sistema,
ni transferencia de materia

12. Cualquier cambio de un estado de equilibrio a otro
experimentado por un sistema es un
PROCESO
Y la serie de estados por lo que pasa un sistema durante un
proceso es una
TRAYECTORIA
Para describir completamente un PROCESO se deben especificar
los ESTADOS INICIAL Y FINAL, así como la TRAYECTORIA que
sigue y las interacciones con los alrededores.

13. PROCESO
• Es posible restablecer
las condiciones iniciales
del sistema .
• No es posible restablecer las
condiciones iniciales del sistema .
• Son infinitamente lentos
• El sistema se considera en equilibrio en cualquier parte del
sistema
• Constituye un caso idealizado y no la representación de un
proceso real

14. PROCESO
Diagramas
de procesos
Se grafican a partir de
propiedades
termodinámicas.
Nota Importante:
El prefijo iso- se utiliza cuando en un proceso
una propiedad particular permanece constante.
Procesos Isobárico
Se lleva a cabo a presión constante
Procesos Isométrico
Se lleva a cabo a volumen constante
Procesos Isotérmico
Se lleva a cabo a temperatura constante
Procesos Adiabático
No hay transferencia de calor

16. Procesos Adiabático No hay transferencia de calor

17. Presión y Temperatura
Presión Es la fuerza que ejerce un fluido por unidad de área
Presión atmosférica
Presión Manométrica
Presión Absoluta
Presión de vacío

18. Presión atmosférica
Es la presión ejercida por el aire en
cualquier lugar de la atmósfera.𝑃𝑎𝑡𝑚 = 𝜌𝑔ℎ
Presión Manométrica
Cuando se la mide con
respecto a la presión
atmosférica
NOTA:
Casi todos los manómetros marcan cero
cuando están abiertos a la atmósfera. Cuando
se les conecta al recinto cuya presión se desea
medir, miden el exceso de presión respecto a
la presión atmosférica
𝑃 𝑚𝑎𝑛𝑜𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝑃𝑎𝑏𝑠 − 𝑃𝑎𝑡𝑚

19. Presión de vacío
𝑃𝑣𝑎𝑐 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 − 𝑃𝑎𝑏𝑠
La presión por debajo de la presión atmosférica
Presión Absoluta
Cuando la presión se
mide en relación a
un vacío perfecto

20. Es la medida del calor o la energía térmica de las partículas
en una sustancia.
Calor es la energía que produce un cuerpo por el movimiento de las moléculas, que
produce una elevación en la temperatura. El calor se mide en calorías o joule y la
temperatura en grados.

21. Temperatura Es una magnitud referida a las nociones
comunes de caliente o frío.
Escalas exactas y mas
utilizadas en
Termodinámica:
Kelvin (K)
Rankine (R)

22. Para convertir los grados Celsius a Kelvin:
T(K) = T(°C) + 273.15
Para convertir los grados Fahrenheit a Rankine
T(°R) = T(°F) + 459.69
Para convertir los grados Kelvin a Rankine
T(°R) = 1.8T(K)
Para convertir los grados Celsius a Fahrenheit
T(°F) = 1.8T(°C) + 32

23. Ley cero
Cuando dos cuerpos aislados del medio
circundante están en equilibrio térmico
con un tercero, estarán en equilibrio
térmico entre sí.

24. T1 = T2 = T3
Si A esta en equilibrio con B y a su vez B esta en
equilibrio con C, entonces A esta en equilibrio con C

25. Introducción a la Primera Ley de la Termodinámica
Es una expresión del principio de conservación de la energía: La energía
no se crea ni se destruye solo se transforma
calor
trabajo
Sistema
cerrado
(m=cte)
La energía cruza la
frontera de un sistema
cerrado en dos formas
distintas: calor y trabajo

26. Se define como la energía que se transfiere entre un sistema y sus
alrededores durante un cambio en el estado del sistema y se transfiere
como resultado de una diferencia de temperatura entre el sistema y sus
alrededores.
Conducción Convección
Radiación

27. Q = (-)
Q = (+)
Q es negativo, si el calor se retira del sistema y se
deposita en el medio.
Q es positivo, si el calor se retira del medio y se
deposita en el sistema.

28. Es la transferencia de energía asociada con una fuerza que actúa a
lo largo de una distancia.
Convención de signos para el trabajo
Cuando el entorno realiza trabajo sobre el sistema
W es positivo W>0
Cuando el sistema realiza trabajo sobre el entorno
W es negativo W<0
w = (+)
w = (-)

29. ?w
  dlFw
Por definición
el trabajo efectuado para mover la masa viene dado por
APF externa 
A
F
Pexterna 
“El trabajo depende de la presión externa”
dVPdldAPdlFw externaexterna  
Al trabajo de la expansión y compresión recibe el nombre de trabajo
de frontera móvil, o trabajo de frontera.
dlFw 

30. Es el trabajo efectuado por o contra un
campo de fuerza gravitacional.
𝐹 = 𝑚𝑔
Masa del cuerpo
Aceleración
de la
gravedad
El trabajo necesario para levantar este cuerpo del nivel z1 al
nivel z2 es
)( 12
2
1
2
1
zzmgdzmgFdzW g
  (kJ)
Distancia vertical
recorrida
Cambio de energía potencial
El trabajo gravitacional solo depende de los estados finales y es
independiente de la trayectoria.

31. 𝐹 = 𝑚𝑎
Trabajo asociado con un cambio en la
velocidad del sistema.
𝑎 =
𝑑𝑽
𝑑𝑡
𝐹 = 𝑚
𝑑𝑽
𝑑𝑡
𝑑𝑽 =
𝑑𝑠
𝑑𝑡
(kJ)
Cambio de energía cinetica

32. La transmisión de energía mediante un eje rotatorio
es una práctica muy común de la ingeniería. .
(kJ)

33. Cuando una fuerza se aplica en un
resorte la longitud de éste cambia.
𝐹 = 𝑘𝑥
(kN/m)
(kN)
𝑥1 y 𝑥2 , se miden desde la posición de equilibrio del resorte

34. Principio de la conservación de la energía
Estudia las relaciones entre las
diversas formas de interacción de
energía:
Q, W y ETotal

35. La energía total Etotal se analiza mediante…..
BALANCE DE ENERGÍA
Energía total que
entra al sistema
como Q y W
Energía total que
sale del sistema
como Q y W
Cambio en la
energía total
del sistema
Dicho de otra manera…….
𝑄 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎 − 𝑄𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 𝑄 𝑛𝑒𝑡𝑜
𝑊𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎 − 𝑊𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜
𝐸2 − 𝐸1 = ∆𝐸𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎

36. La energía de un sistema consta
de tres partes
Energía interna
Energía externa
Energía cinética y energía
potencial, son energías no
moleculares y son debidas al
movimiento del cuerpo.
La termodinámica, el sistema
esta en reposo y en ausencia
de campos externos, por tanto
EC y EP =0

37. DU = Q + W En kJ
U es una función de estado pero Q
y W no lo son.
El Q y W desarrollados en un
proceso son función de la
trayectoria que siga el proceso, por
lo tanto solo son formas de
modificar la energía del mismo.

38. U = 𝑘𝐽
𝑢 =
𝑈
𝑚
=
𝑘𝐽
𝑘𝑔
La energía interna……
Por unidad de masa:
Por unidad de tiempo:
𝑑𝑈
𝑑𝑡
= 𝑄 + 𝑊 =
𝑘𝐽
𝑠
= 𝑘𝑊

39. 𝑄 = 𝑘𝐽
𝑞 =
𝑄
𝑚
=
𝑘𝐽
𝑘𝑔
La transferencia de calor……
Por unidad de masa:
Por unidad de tiempo:
𝑄 =
𝑄
𝑡
=
𝑘𝐽
𝑠
= 𝑘𝑊
TASA DE TRANFERENCIA DE
CALOR 𝑸

40. W = 𝑘𝐽
𝑤 =
𝑊
𝑚
=
𝑘𝐽
𝑘𝑔
Trabajo……
Por unidad de masa:
Por unidad de tiempo se le llama POTENCIA:
𝑊 =
𝑊
𝑡
=
𝑘𝐽
𝑠
= 𝑘𝑊

41. DU = Q + W

42. La U del sistema depende únicamente del estado del sistema.
Depende únicamente de la TEMPERATURA 𝑢 = 𝑢(𝑇)
Sólido
Líquido
Gas ideal

43. Se necesita la misma energía para aumentar la temperatura de
masas idénticas de diferentes sustancias???
1 kg
20 30 °C
HIERRO
AGUA
4.5 KJ 41.8 KJ
5 KJ
m=1 kg
ΔT=1°C
Calor específico 5 KJ/(kg °C)
El calor específico (C) es la energía requerida para elevar
la temperatura de una masa unitaria de una sustancia en
un grado
𝑄 = 𝑪 𝒅𝑻

44. Calor específico a volumen constante Cv Calor específico a presión constante Cp
El calor específico a volumen constante es la
energía requerida para aumentar la
temperatura de una masa unitaria de una
sustancia en un grado, cuando el volumen
se mantiene constante.
El calor específico a presión constante es la
energía requerida para aumentar la
temperatura de una masa unitaria de una
sustancia en un grado, cuando la presión se
mantiene constante.
(2)
(1)
V= cte
m= 1 kg
ΔT=1°C
P= cte
m= 1 kg
ΔT=1°C
Cv=3.13 KJ/kg°C CP=5.2 KJ/kg°C
Helio

45. 𝑃𝑣 = 𝑅𝑇
En un gas ideal la presión, la temperatura y el volumen especifico se
relacionan por medio de
Entalpía
ℎ = 𝑢 + 𝑃𝑣
ℎ = 𝑢 + 𝑅𝑇
Para gases ideales, u, h, Cv, Cp, dependen unicamente de la temperatura,
es decir, tienen valores independientes del volumen o la presión
específicos.
Para una masa fija, las propiedades
de un gas ideal en dos estados
diferentes
𝑃1 𝑉1
𝑇1
=
𝑃2 𝑉2
𝑇2

46. KJ/kg
 12
hhmQ 

2
1
dTcmQ P
 12
uumQ 

2
1
dTcmQ v
A bajas presiones todos los gases se aproximan al comportamiento de gas ideal y por
tanto, los calores específicos dependen solo de la temperatura.

47. La variación de los calores específicos con la temperatura es suave y puede
aproximarse como lineal a lo largo de pequeños intervalos de temperatura
𝑢2 − 𝑢1 = 𝑐 𝑣,𝑎𝑣(𝑇2 − 𝑇1)
ℎ2 − ℎ1 = 𝑐 𝑝,𝑎𝑣(𝑇2 − 𝑇1)

48. 12 uuu D
 D
2
1
dTTcu v
Tcu Avv DD ,
𝑑ℎ = 𝑑𝑢 + 𝑅𝑑𝑇
𝑐 𝑝 𝑑𝑇 = 𝑐 𝑣 𝑑𝑇 + 𝑅𝑑𝑇
𝑐 𝑝 = 𝑐 𝑣 + 𝑅
𝑐 𝑝 = 𝑐 𝑣 + 𝑅 𝑢
KJ/(Kg K)
KJ/(Kmol K)

49. Una sustancia cuyo volumen específico (o densidad) es
constante se llama sustancia incompresible.
𝒄 𝒑 = 𝒄 𝒗 = 𝒄
Para sólidos y líquidos los
calores específicos a presión y
volumen constante son iguales.
Al igual que en gases ideales, los calores específicos de sustancias
incompresibles sólo dependen de la temperatura.
∆𝑢 = 𝑢2 − 𝑢1 = 𝑐,𝑎𝑣(𝑇2 − 𝑇1)
𝑑𝑢 = 𝑐(𝑇) 𝑑𝑇
∆𝑢 = 𝑢2 − 𝑢1 = 𝑐(𝑇)
2
1
𝑑𝑇
KJ/kg
ℎ = 𝑢 + 𝑃𝑣
ℎ2 − ℎ1 = (𝑢2−𝑢1) + 𝑣(𝑃2 − 𝑃1)
∆ℎ = ∆𝑢 + 𝑣∆𝑃
KJ/kg