Este documento presenta conceptos básicos de termodinámica. Explica que la termodinámica estudia los efectos de cambios de temperatura, presión y volumen en sistemas físicos a nivel macroscópico. Define conceptos como sistema, estado, equilibrio, procesos y variables termodinámicas. También describe las diferentes formas de energía y la primera ley de la termodinámica sobre la conservación de la energía.

1. Conceptos Básicos
de
Termodinámica

2. FUNDAMENTOS DE TERMODINÁMICA
Q.
Inorgáni
ca
Q. Q.
Química Orgánic Física
a
Q.
Analítica

3. FUNDAMENTOS DE TERMODINÁMICA
Termodiná no tiempo
mica no molécula
Cinética
Q.
Q.
Física
Q.
Cuántic
a
Electroquí
mica

4. FUNDAMENTOS DE TERMODINÁMICA
Principios y
Propiedades
Termodinámicas
Fundamento
Gases Ideales
s de Las moléculas del gas no interaccionan
Termodinám No ocupan volumen
ica Propiedades y
Cambios
Sustancia Pura
Relaciona magnitudes macroscópicas Reacciones
que pueden medirse experimentalmente, Químicas
abarca toda la naturaleza

5. Propiedades de un sistema
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: es por ejemplo, un coche. Le echamos combustible y él
desprende diferentes gases y calor.
Un sistema cerrado: 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:¿Cómo encontrarlo si no podemos interactuar con él?.

6. CONCEPTOS BÁSICOS. SISTEMAS, VARIABLES Y PROCESOS
Sistema: Parte del universo que es objeto de estudio.
Entorno, alrededores, medio ambiente: Resto del universo
Tipos de sistemas
Abierto Cerrado Aislado
Puede Materia Materia Materia
intercambiar Energía Energía

7. Sistemas
Sistemas cerrados: Son los sistemas que no presentan intercambio con el
medio ambiente que los rodea, pues son herméticos a cualquier influencia
ambiental. Así, los sistemas cerrados no reciben ninguna influencia del
ambiente, y por otro lado tampoco influencian al ambiente.
b) Sistemas abiertos: son los sistemas que presentan relaciones de
intercambio con el ambiente, a través de entradas y salidas. Los sistemas
abiertos intercambian materia y energía regularmente con el medio ambiente

8. ¿Qué separa el sistema de los alrededores?
Paredes
Permeable Adiabática
Rígida
Semipermeable
Móvil Impermeable Diatérmicas

9. Paredes
Móvil
Rígidas
Diatérmica
Sistema Cerrado

10. Formas de Energía
Energía es la capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La
materia posee energía como resultado de su movimiento o de su
posición en relación con las fuerzas que actúan sobre ella.
La energía luminosa (o radiante) procedente del sol se encuentra en la
base de casi todas las formas de energía actualmente disponibles: la
madera y los alimentos proceden directamente de la energía solar; los
combustibles fósiles corresponden a un almacenamiento de energía de
duración muy larga, cuya fuente es igualmente el sol: se trata de productos
de transformación de organismos que vivieron hace millones de años para
llegar al petróleo, al gas o al carbón.
La energía química deriva directamente de la energía luminosa o solar, bajo
la forma potencial de alimentos, vegetales, o combustibles.
La energía térmica junto con la energía química, constituye una de las

11. La energía hidráulica tiene también su origen en el sol. La radiación solar
hace evaporar el agua de los mares, lagos, etc., y forma nubes que
producen nieve o lluvia que aseguran la perennidad del ciclo del agua.
La energía mecánica, en forma de trabajo, es una energía cada vez más
indispensable al hombre para la satisfacción de todas sus necesidades.
Antes, el hombre solo podía contar con su propia energía muscular para
desplazarse, ejecutar los trabajos necesarios para la producción de
alimentos, vestidos, edificaciones, etc.
La energía eléctrica es una forma de energía de transición (ni primaria ni
final) extremadamente difundida actualmente y cómoda debido a sus
posibilidades de conversión (calefacción, iluminación, energía mecánica,
etc.) y de transporte. Proviene, en general, de la conversión, en centrales,
de energía mecánica por medio de generadores (o alternadores).
La energía nuclear es la única forma de energía que no tiene el sol como

12. Formas de Energía

13. Pared permeable
Pared semipermeable
Pared impermeable

15. 60ºC 40ºC 50ºC 50ºC
Pared diatérmica
60ºC 40ºC 60ºC 40ºC
Pared adiabática

16. Los sistemas se presentan de diferentes formas ⇒ ESTADOS
caracterizados por VARIABLES termodinámicas
Variable = Propiedad Termodinámica = Función de Estado
No dependen de la historia
Tipos de variables
Intensivas Extensivas
No dependen de la cantidad Dependen de la cantidad
de materia del sistema de materia del sistema
Ej: T, P, ρ Ej: m, V
No son aditivas Son aditivas

17. Si las propiedades macroscópicas
intensivas a lo largo de un sistema son idénticas
el sistema de denomina homogéneo
Si por el contrario estas propiedades no
son idénticas el sistema se denomina
heterogéneo

18. Un sistema heterogéneo puede constar de varios sistemas
homogéneos a estas partes se les llama fases
En este caso tenemos tres
fases, la sal no disuelta, la
solución y el vapor de agua

19. EQUILIBRIO
La termodinámica estudia sistemas en equilibrio (o procesos reversibles
no se observan variaciones macroscópicas con el tiempo
Equilibrio térmico Temperatura constante en
todos los puntos del sistema
Equilibrio mecánico Todas las fuerzas están
equilibradas
Equilibrio material No hay cambios globales en
la composición del sistema,
ni transferencia de materia

20. Procesos, Ciclos, Sistemas cerrados o Abiertos
Se dice que un sistema pasa por un proceso termodinámico, o
transformación termodinámica, cuando al menos una de las
coordenadas termodinámicas no cambia. Los procesos más
importantes son:
Procesos isotérmicos: son procesos en los que la temperatura
no cambia.
Procesos Isobáricos: son procesos en los cuales la presión no
varía.
Procesos Isócoros: son procesos en los que el volumen
permanece constante.

21. no que sigue el sistema cuando su estado , las funciones de estado, cam
⇓
PROCESO termodinámico
Isotermo (T = cte)
Isobaro (P = cte)
Isocoro (V = cte)
Adiabático (Q = 0)
Cíclico (estado final = estado inicial)
Tipos de
Reversible
procesos (sistema siempre infinitesimalmente próximo al equilibrio;
un cambio infinitesimal en las condiciones puede invertir el proceso
Irreversible
(un cambio infinitesimal en las condiciones no produce un cambio de sentido en la

22. TEMPERATURA [K] [ºC]
a temperatura es una propiedad intensiva del sistema, relacionada con la energía cinética med
e el cambio repetitivo y predecible en otras propiedades del sistema, lo que permite asignarle u

23. Termodinámica y energía
La termodinámica (del griego termo, que significa "calor" y dinámico, que
significa "fuerza" ) es una rama de la física que estudia los efectos de los
cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a
un nivel macroscópico. Aproximadamente, 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.

24. Estado y Equilibrio
En termodinámica, se dice que un sistema se encuentra en estado de
equilibrio termodinámico, si es incapaz de experimentar
espontáneamente algún cambio de estado cuando está sometido a unas
determinadas condiciones de contorno, (las condiciones que le imponen
sus alrededores). Para ello ha de encontrarse simultáneamente en
equilibrio mecánico y equilibrio químico.
La termodinámica clásica trata, casi siempre, de transformaciones entre
estados de equilibrio. La palabra equilibrio implica un estado que ha
repartido sus variables hasta que no hay cambios. En el estado de
equilibrio no hay potenciales sin balancear (o fuerzas perturbadoras)
con el sistema. Un sistema se dice que ha llegado al equilibrio

25. Principio cero de la termodinámica
Cuando dos sistemas A y B están en equilibrio térmico con un
tercero C, A y B también están en equilibrio térmico entre si
PRESIÓN
Fuerza que se ejerce por unidad de área
Unidades
1 Pa = 1 N/m2
1 bar = 105 Pa = 750 mmHg
1 at = 1,01325 bar = 760 mmHg

26. UNIDAD III
Primera Ley de la
Termodinámica

27. Transferencia de calor, trabajo, calor especifico, energía
interna, entalpía, calores específicos de sólidos y líquidos.
Calor es la energía en tránsito desde un sistema con alta temperatura a
otro sistema con más baja temperatura.
El calor se asocia con la energía interna cinética y potencial de un
sistema (movimiento molecular aparentemente desorganizado).
El calor siempre fluye desde una región con temperatura más alta hacia
otra región con temperatura más baja. La transferencia o dispersión del
calor puede ocurrir a través de tres mecanismos posibles, conducción,
convección y radiación:
CONDUCCIÓN: Flujo de calor a través de medios sólidos por la
vibración interna de las moléculas y de los electrones libres y por choques
entre ellas.
CONVECCIÓN: Es el flujo de calor mediante corrientes dentro de

28. RADIACIÓN: Es la transferencia de calor por medio de ondas
electromagnéticas.

29. Trabajo
Un tipo de trabajo mecánico es el que implica cambiar la posición de un
objeto:
En este caso, el trabajo, W es igual al producto de la fuerza aplicada, E,
por la distancia recorrida, d:
W=Fxd

30. Calor Especifico y Energía Interna
CALOR ESPECÍFICO El calor específico o capacidad calorífica
específica, c, de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para
aumentar su temperatura en una unidad por unidad de masa, sin cambio
de estado:
En donde c es el calor específico, Q es la cantidad de calor, m la masa y
ΔT la diferencia entre las temperaturas inicial y final. Su unidad en el
sistema SI es el julio por kilogramo y kelvin, cuya notación es J/(kg•K).
En física, la energía interna U de un sistema intenta ser un
reflejo de la energía a escala microscópica. Más
concretamente, es la suma de:
la energía cinética interna, es decir, de las sumas de las
energías cinéticas de las individualidades que lo forman

31. Entalpía
Entalpía (del prefijo en y del griego thalpein calentar), tal palabra fue
escrita en 1850 por el físico alemán Clausius. La entalpía es una
magnitud de termodinámica simbolizada con la letra H, la variación de
entalpía expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o
cedida por un sistema termodinámico, o, lo que es lo mismo, la cantidad
de energía que tal sistema puede intercambiar con su entorno.
La entalpía se define mediante la siguiente fórmula:
Donde:
H es la entalpía (en julios).
U es la energía interna (en julios).
p es la presión del sistema (en pascales).
V es el volumen del sistema (en metros cúbicos).
es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura ,

32. Conservación de la masa y la energía
La ley de la conservación de la energía constituye el primer principio de la
termodinámica y afirma que la cantidad total de energía en cualquier
sistema aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece
invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en
otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la
energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se
puede cambiar de una forma a otra (por ejemplo, cuando la energía
eléctrica se transforma en energía calorífica en un calefactor).
Dentro de los sistemas termodinámicos, una consecuencia de la ley de
conservación de la energía es la llamada primera ley de la termodinámica,
la cual establece que, al suministrar una determinada cantidad de
energía térmica (Q) a un sistema, esta cantidad de energía será igual a la
diferencia del incremento de la energía interna del sistema (ΔU) menos
el trabajo (W) efectuado por el sistema sobre sus alrededores:

33. Aunque la energía no se pierde, se degrada de acuerdo con la segunda ley
de la termodinámica. En un proceso irreversible, la entropía de un sistema
aislado aumenta y no es posible devolverlo al estado termodinámico físico
anterior. Así un sistema físico aislado puede cambiar su estado a otro con
la misma energía pero con dicha energía en una forma menos aprovechable.
Por ejemplo, un movimiento con fricción es un proceso irreversible por el
cual se convierte energía mecánica en energía térmica. Esa energía térmica
no puede convertirse en su totalidad en energía mecánica de nuevo ya que,
como el proceso opuesto no es espontáneo, es necesario aportar energía
extra para que se produzca en el sentido contrario.

34. La conservación de la masa:
Un cambio ya se ha físico o químico no provoca la creación de
destrucción de materia sino únicamente un reordenamiento de las
partículas constituyentes.
Ley de las proporciones definidas: Cuando varios elementos se combinan
para formar un compuesto la relación entre las masas de cada uno de ellos
es siempre constante.
Ley las proporciones múltiples: Cuando al unirse dos elementos pueden
formar más de un compuesto, las cantidades de un elemento que se unen
con una cantidad fija de otro elemento, para formar en cada caso un
compuesto diferente, está en una relación de número sencillo.
Ley de los equivalentes: Los pesos de diferentes sustancias que se
combinan con un mismo peso de otra dan la relación en que ellos se
combinan entre sí multiplicada por un número sencillo.

35. Deposito de energía térmica
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 concentrase 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

36. Enunciado de Clausius
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
No existe ningún dispositivo que, operando por ciclos, absorba calor de
una única fuente y lo convierta íntegramente en trabajo.
En el desarrollo de la segunda ley de la termodinámica, es muy
conveniente tener un hipotético cuerpo que posea una capacidad de
energía térmica relativamente grande que pueda suministrar o absorber
cantidades dinitas de calor sin experimentar ningún cambio de
temperatura. Tal cuerpo se llama depósito de energía térmica, o solo
deposito. En la práctica, los grandes cuerpos de agua, como océanos,
lagos y ríos, así como el aire atmosférico se pueden modelar de manera

37. Procesos reversibles e irreversibles
Un proceso es reversible si, después de que ocurre, tanto el sistema como
entorno pueden, por cualquier medio posible, regresar a su estado
original. Cualquier otro proceso se conoce como irreversible.
Los procesos reversibles son importantes porque proporcionan el trabajo
Máximo para dispositivos que producen trabajo, y el trabajo mínimo de
entrada a di positivos que absorben trabajo para operar. Para estos
dispositivos y muchos otros, los procesos reversibles son normas de
comparación. Para determinar si i proceso es reversible, es necesario
aplicar la segunda ley.
Muchos otros efectos tales como un flujo de corriente eléctrica a través de
una resistencia son también irreversibles pero no se describen aquí. En

38. Entropía
En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es la magnitud física
que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir
trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en
un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de
forma natural. La palabra entropía procede del griego y significa
evolución o transformación.
Desigualdad de Clausius: La desigualdad de Clausius es una relación
entre las temperaturas de un numero arbitrario de fuentes térmicas y las
cantidades de calor entregadas o absorbidas por ellas, cuando a una
sustancia se le hace recorrer un proceso cíclico arbitrario durante el cual
intercambie calor con las fuentes.
Esta desigualdad viene dada por: dQ / T <= 0 en el caso de una
cantidad infinita de fuentes.

39. Sólidos, Líquidos y Gases ideales
Los gases tienen 3 propiedades características: (1) son fáciles de
comprimir, (2) se expanden hasta llenar el contenedor, y (3) ocupan más
espacio que los sólidos o líquidos que los conforman.
COMPRESIBILIDAD
Una combustión interna de un motor provee un buen ejemplo de la
facilidad con la cual los gases pueden ser comprimidos. En un motor de
cuatro pistones, el pistón es primero halado del cilindro para crear un
vacío parcial, es luego empujado dentro del cilindro, comprimiendo la
mezcla de gasolina/aire a una fracción de su volumen original.
EXPANDIBILIDAD
Cualquiera que halla caminado en una cocina a donde se hornea un pan,
ha experimentado el hecho de que los gases se expanden hasta llenar su
contenedor, mientras que el aroma del pan llena la cocina.
Desgraciadamente la misma cosa sucede cuando alguien rompe un

40. VOLUMEN DEL GAS VS. VOLUMEN DEL SÓLIDO
La diferencia entre el volumen de un gas y el volumen de un líquido o
sólido que lo forma, puede ser ilustrado con el siguiente ejemplo. Un
gramo de oxígeno líquido en su punto de ebullición (-183oC) tiene un
volumen de 0.894 mL. La misma cantidad de O2 gas a 0oC la presión
atmosférica tiene un volumen de 700 mL, el cual es casi 800 veces más
grande. Resultados similares son obtenidos cuando el volumen de los
sólidos y gases son comparados. Un gramo de CO2 sólido tiene un
volumen de 0.641 mL. a 0oC y la presión atmosférica tiene un volumen
de 556 mL, el cual es mas que 850 veces más grande. Como regla
general, el volumen de un líquido o sólido incrementa por un factor de
800 veces cuando formas gas.
PRESIÓN VS FUERZA
El volumen de un gas es una de sus propiedades características. Otra
propiedad es la presión que el gas libera en sus alrededores. Muchos
de nosotros obtuvimos nuestra primera experiencia con la presión, al

41. Ciclos Termodinámicos
Resulta útil tratar los procesos termodinámicos basándose en ciclos:
procesos que devuelven un sistema a su estado original después de una
serie de fases, de manera que todas las variables termodinámicas
relevantes vuelven a tomar sus valores originales. En un ciclo completo,
la energía interna de un sistema no puede cambiar, puesto que sólo
depende de dichas variables. Por tanto, el calor total neto transferido al
sistema debe ser igual al trabajo total neto realizado por el sistema.
Un motor térmico de eficiencia perfecta realizaría un ciclo ideal en el que
todo el calor se convertiría en trabajo mecánico. El ciclo de Carnot, es
un ciclo termodinámico que constituye el ciclo básico de todos los
motores térmicos, y demuestra que no puede existir ese motor perfecto.
Cualquier motor térmico pierde parte del calor suministrado. El
segundo principio de la termodinámica impone un límite superior a la
eficiencia de un motor, límite que siempre es menor del 100%. La

42. Ciclo de refrigeración
Los sistemas de compresión emplean cuatro elementos en el ciclo de
refrigeración: compresor, condensador, válvula de expansión y evaporador.
En el evaporador, el refrigerante se evapora y absorbe calor del espacio
que está enfriando y de su contenido.
A continuación, el vapor pasa a un compresor movido por un motor que
incrementa su presión, lo que aumenta su temperatura (entrega trabajo al
sistema).
El gas sobrecalentado a alta presión se transforma posteriormente en
líquido en un condensador refrigerado por aire o agua.
Después del condensador, el líquido pasa por una válvula de expansión,