Conocimiento asociado a termodinamica.

1. Principios Básicos de
Termodinámica
Bases Científicas de la Medicina
2025
Joel Barría
Mauricio Gallardo

2. Termodinámica
Es la rama de la física que
estudia la energía interna de
los sistemas y cómo
intercambian energía con el
entorno, considerando las
propiedades de la materia

3. S
A
U
U: universo
A: ambiente
S: sistema
A
S
U E
E
E D
+
D
=
D
Si el sistema pierde o gana energía el ambiente gana o pierde
la misma cantidad de energía.
0
=
D
Þ U
E
energía
la
de
ón
Conservaci
A
S E
E D
-
=
D

4. Equilibrio termodinámico
Un sistema que está en equilibrio térmico y mecánico
se dice que está en equilibrio termodinámico.
V
p
T
p: presión
V: volumen
T: temperatura
variables
termodinámicas

5. Leyes de la Termodinámica
• Ley Cero: “Si dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero, entonces
también están en equilibrio térmico entre sí”
• Primera Ley: “La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”
• Segunda Ley: “La energía tiende a dispersarse, y el desorden (entropía) del
universo siempre aumenta”
• Tercera Ley: “Al llegar al cero absoluto, la entropía de un sistema
perfectamente ordenado es cero”

6. ¿Qué es la temperatura?
• Punto de vista macroscópico
Medida de la calidez o frialdad.
• Punto de vista microscópico
Se relaciona con las energías cinéticas de
las moléculas de un material.

7. ¿Qué es la temperatura?
Punto de vista macroscópico
Muchas propiedades de la materia
que podemos medir dependen de
la temperatura.
Se pueden construir termómetros
que reflejen la calidez o frialdad
de algo en función de los cambios
cuantificables de esas propiedades.

8. Punto de vista microscópico
¿Qué es la temperatura?
-Se relaciona con el movimiento
aleatorio de los átomos y moléculas
de una sustancia.
-Es proporcional a la energía cinética
de “traslación” promedio del
movimiento molecular.
¿Y las energías cinéticas de rotación y vibración?
No afectan en forma directa la temperatura.

9. Para medir la
temperatura de un
sistema el termómetro y
éste deben estar en
estado de equilibrio,
donde no exista
interacción que pueda
alterar el sistema.

10. Equilibrio térmico
Ley cero de la termodinámica
“Si dos cuerpos están en equilibrio térmico con
un tercero, entonces también están en equilibrio
térmico entre sí”

11. ¿Entonces, qué mide el termómetro?
Su propia temperatura

12. Escalas de temperatura
Kelvin Celsius Fahrenheit
15
.
273
T
T C
K +
= º
32
T
5
9
T C
F +
=

13. ¿Cómo se transmite la energía entre un
sistema y su entorno?

14. S
A
U
U: universo
A: ambiente
S: sistema
La energía puede ser transferida del sistema al medio de
dos formas distintas: Calor y Trabajo.

15. Calor Q
T1 T2
Q
T1 > T2
El calor es la energía que fluye de un sistema a otro
producto del movimiento al azar de las moléculas de los
objetos.

16. Trabajo W
El trabajo es la cantidad de energía que se
transfiere desde un sistema a otro mediante una
fuerza cuando se produce un desplazamiento
W = Fd = pAd = pΔV
d
p
ΔV
A
F
Por ejemplo, en el caso de un gas, se realiza una
fuerza (una presión constante) que mueve el
pistón, lo cual causa un cambio de Volumen

17. Primera ley de la termodinámica
W
Q
ΔES -
=
∆ES: variación de energía interna del sistema
Q >0: el sistema gana una cantidad Q de calor
W >0: el sistema realiza trabajo
“La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”
(en un sistema cerrado)

18. Proceso Isócoro (volumen constante)
T
C
E
Q
W
v
S
D
=
D
=
=
Þ 0
Cv : capacidad calorífica del sistema a volumen constante.
m
C
c v
v =
Calor específico a volumen
constante es la capacidad
calorífica por unidad de masa a
volumen constante.

19. Proceso Isobárico (presión constante)
ΔT
C
V
p
ΔE
Q p
S =
D
+
=
m
C
c p
p
=
Calor específico a presión
constante es la capacidad
calorífica por unidad de masa a
presión constante.
CP : capacidad calorífica del sistema a presión constante.

20. C
º
g
1cal
C
º
kg
kcal
1
cagua =
=
Calor específico del agua
La kilocaloría (kcal) es la cantidad de calor que eleva
en un grado Celsius la temperatura de un kilogramo
de agua.

21. Equivalente mecánico del Calor
1 kcal = 4180 J
James Prescott Joule

22. Calorimetría
Significa “medición de calor”
Recuerde:
A
S
U
A
S
U
E
E
0
E
energía
la
de
ón
Conservaci
E
E
E
D
-
=
D
=
D
Þ
D
+
D
=
D
A

23. Ejemplo
Un estudiante bebe su café matutino de una taza de aluminio.
La taza tiene una masa de 0,120 kg e inicialmente está a 20,0
ºC cuando se vierte en ella 0,300 kg de café que inicialmente
estaba a 70,0 ºC. ¿A qué temperatura se alcanza el equilibrio
térmico entre la taza y el café?
Obs.: suponga que el calor específico del café es igual al del agua y que no hay
intercambio de calor con el medio. cAl = 910 J/kg·K
Solución:
R.: 66 ºC

24. Mecanismos
de
Transferencia de Calor

25. Mecanismos de transferencia de Calor
• Conducción
• Convección
• Radiación
• Evaporación

26. Conducción
Es la transferencia de energía a través de un medio
material por sucesivos choques de las moléculas
próximas.

27. Ley de la Conducción de Calor de Fourier
T1
T2
A
dx
dQ
T1 > T2
R =
dQ
dt
R = −kA
dT
dx
Velocidad de flujo de calor R
Unidades: W (Watts)
k: conductividad térmica
Depende del material

28. T1
T2
A
L
Q
T1 > T2
R =
Q
t
R = kA
T1 −T2
L
Velocidad de flujo de calor R
Unidades: W (Watts)
k: conductividad térmica
Depende del material
Ley de la Conducción de Calor de Fourier
Barra aislada uniforme
de largo L

29. Conductividad térmica k
madera
hormigón

30. Conducción
Determine la velocidad de flujo de calor a través de la
barra uniforme cilíndrica de la figura.
Obs.: Kcu=385 W/m·K
R: 60,4 W

31. Convección
Es la transferencia de calor por el
movimiento de un fluido (líquido o
gas).
Depende de la velocidad de
movimiento y densidad del fluido
que rodea al cuerpo, de un gradiente
de temperatura y de la
conductividad térmica del fluido.

32. Convección
Corriente de convección en la atmósfera cuando una
región de la superficie terrestre está mas caliente que la
otra.

33. Radiación
Es energía electromagnética que viaja a la
velocidad de la luz en el vacío.
Todos los objetos emiten y absorben radiación.
Boltzmann
-
Stefan
de
tante
cons
K
W/m
x
emisividad
AT
R
Absorción
AT
R
Emisión
2
a
a
e
e
4
8
4
4
·
10
67
,
5
:
-
=
=
=
s
e
es
es

34. Radiación
Si un objeto a mayor temperatura se encuentra en un recinto a
menor temperatura, generará un flujo neto de calor desde el
objeto hacia las paredes del recinto.
)
( 4
4
a
e
a
e T
T
A
R
R
R -
=
-
= es

35. Radiación
Ej.: La temperatura de la piel de una persona desnuda sentada
en una habitación a 22 ºC es 28 ºC. ¿Cuál es la velocidad neta
de pérdida de calor por radiación del cuerpo de la persona, si el
área de la superficie total del cuerpo es 1,9 m2?
Obs.: La emisividad de la piel es 0,97.
R: 66,4 W

36. Evaporación
Es la transformación de moléculas desde la fase líquida a
la fase gaseosa.
Las moléculas de alta energía se evaporan y esta pérdida
de energía cinética media hace bajar la temperatura.

37. Trabajo pendiente
• Leer capítulo 11 (Calor) del libro de Cromer “Fisica para
las ciencias de la vida”
• Leer capítulos 15 y 16 del libro de Hewitt “Física
conceptual”