El documento resume los conceptos fundamentales de la termodinámica. Explica que la termodinámica estudia las transformaciones de la energía y las relaciones entre el calor y otras formas de energía. También describe los principales contribuyentes a la termodinámica clásica como Carnot, Joule y Clausius, y los conceptos clave de los ciclos y procesos termodinámicos así como las leyes de la termodinámica.

1. Termodinámica
Dra. Dolores Villanueva Zambrano.

2. TERMODINÁMICA
• Estudio de las transformaciones de la energía
• Establece las relaciones del calor con otras
formas de energía especialmente la mecánica

3. TERMODINAMICA CLASICA
• Origen: en la revolución industrial en un intento
de mejorar la eficiencia de las maquinas a vapor
• Sadi Carnot 1796
• J.P. Joule 1818
• Rudof Clasius
• Thomson
• Kelvin 1824
• Gibbs 1839
• Boltzman 1844

4. SADI CARNOT (1796 - 1832)
• Una máquina de calor operaría al 100% de
eficiencia si tuviese un reservorio de frío con una
temperatura de cero.
• Tercer indicio y definición del cero absoluto.
• La máquina de Carnot es una máquina ideal que
utiliza calor para realizar un trabajo. En ella hay
un gas sobre el que se ejerce un proceso cíclico
de expansión y contracción entre dos
temperaturas. El ciclo se denomina ciclo de
Carnot

5. ciclo de Carnot
• La maquina de Carnot es el procedimiento más eficaz para
producir un trabajo a partir de dos focos de temperatura.
• El cilindro contiene un gas ideal y funciona intercambiando
calor entre dos fuentes de temperaturas
constantes T1 < T2.
• Las transferencias de calor entre las fuentes y el gas es
isotérmico, (T° constante). Esta parte del proceso es, por lo
tanto, reversible.
• El ciclo se completa con una expansión y
compresión adiabáticas, es decir, sin intercambio de calor,
por lo que esta parte del ciclo es también reversible.

6. CICLOS TERMODINÁMICOS
• Procesos que devuelven su estado original a
un sistema después de una serie de fases
• En un ciclo completo, la energía interna de un
sistema no puede cambiar
• Por tanto, el calor total neto transferido al
sistema debe ser igual al trabajo total neto
realizado por el sistema.

7. TERMODINAMICA CLASICA:
• Química
• Estudia reacciones químicas, midiendo las propiedades
de la materia en su conjunto
• Pretende determinar que impulsa una reacción y que
determina su fin, pero No estudia los mecanismos ni
las velocidades
• Biológica
• Trata de explicar la transformación de la energía en los
seres vivos, para lo cual se utilizan términos como
• Bioenergética

8. SISTEMA
• Es un concepto abstracto – imaginario, aplicado por
convención
• Es una porción de universo que escogemos para una
consideración termodinámica
• Es parte del universo que deseamos conocer en
cuanto a una consideración termodinámica:
Ej. El sol, la Tierra, una persona, un órgano, una
célula, etc.

9. SISTEMA
sistema
ENTORNO
UNIVERSO
El sistema
puede
recambiar
diversas
formas de
energía ya
sea calor o
materia con
el medio
ambiente.

10. Los sistemas se clasifican de acuerdo A la permeabilidad de la
frontera al pasaje de: materia, calor o trabajo.
• Un sistema abierto es aquel en el cual tanto la
materia, el calor y el trabajo pueden atravesar
libremente.
• Un sistema cerrado posee una frontera que
impide el pasaje de materia pero sí permite el
pasaje de calor y trabajo.
• Un sistema adiabático impide el pasaje de calor y
materia, pero sí permite el pasaje de trabajo.
• Un sistema aislado impide el pasaje de materia,
calor y trabajo.

12. PROPIEDADES DEL SISTEMA
• Propiedad es cualquier magnitud física evaluable de un
sistema, es decir medible. Cada sistema puede ser referido
en función de un pequeño número de variables de estado o
propiedades.
• Solamente pueden ser clasificadas como propiedades
aquellas características del sistema que no dependen de la
forma en que fue adquirida.
• En otras palabras, una propiedad del sistema no depende de
la historia del sistema ni de su entorno, sino de las
condiciones del mismo en el momento de la medida.
• Las propiedades pueden ser extensivas o intensivas.

13. Propiedades Extensivas
• Propiedad extensiva son aquellas que
dependen del tamaño del sistema, por
ejemplo: la masa, el volumen, y todas las
clases de energía, son propiedades extensivas
o aditivas, de manera que cuando las partes
de un todo se unen, se obtiene el valor total.
• Para designar las propiedades extensivas se
utilizan letras mayúsculas (la masa m es una
excepción importante).

14. Propiedades Intensivas
• Las propiedades intensivas son aquellas que son
propias del sistema, es decir no dependen del
tamaño del sistema, si un sistema se divide en
dos partes, una propiedad intensiva mantiene el
mismo valor en cada parte que poseía en el total,
por lo tanto se definen en un punto.
• Son independientes del tamaño, masa o
magnitud del sistema: por ejemplo la presión,
temperatura, viscosidad y altura.

15. SISTEMAS
• Homogéneos:
Cuando el conformarte del sistema es
uniforme y presenta un estado:
Sólido, Liquido, Gaseoso, Solución
• Heterogéneos:
• El sistema presenta 2 o mas fases
homogéneas en su conformación

16. PROCESOS TERMODINÁMICOS
• Isotérmico: proceso a temperatura constante
• Isobárico: proceso a presión constante
• Isométrico o isocórico: proceso a volumen constante
• Isoentálpico: proceso a entalpía constante
• Isoentrópico: proceso a entropía constante

17. Sistema Célula y Termodinámica
Conceptos Importantes
• La energía no esta contenida en el sistema
• El concepto de energía solo indica la capacidad del sistema para
transformar otras formas de energía en trabajo útil
• La célula es un sistema abierto, heterogéneo, que no se encuentra en
equilibrio cuya forma útil de energía es la Energía Libre y la forma
menos útil es el Calor
• La célula es una maquina química que transforma energía en condición
isotérmica y de alguna manera también se cumple en condición
Isobarica
• Salud : manejo óptimo de la energía por la célula.
• Enfermedad: manejo inadecuado de la energía.
• Muerte: Pérdida del manejo de la energía por la célula.

18. Primera Ley de la Termodinámica
• JAMES PRESCOTT JOULE 1847
• “calor es una forma de energía”
• “Cuando el calor es transformado en alguna
otra forma de energía o cuando otra forma de
energía se transforma en calor, la cantidad
total de energía en el sistema es constante.”
• Conservación de la energía

19. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA
• Enunciada en 1820:
• “Si un proceso ocurre espontáneamente la entropía
total del sistema debe aumentar”
• Todo proceso físico-químico tiende a aumentar la
Entropía
• Esta ley solo es aplicable en sistemas de muchas
moléculas.

20. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA
• “Ninguna máquina cíclica puede convertir totalmente
la energía calórica en otra forma de energía. No es
posible construir una máquina cíclica que haga nada
más excepto convertir calor en energía mecánica.”
• La segunda ley de la termodinámica incluye el
concepto de entropía.
• La entropía se puede considerar como una medida del
desorden del sistema.
• La segunda ley afirma que la entropía, o sea, el
desorden, de un sistema aislado nunca puede decrecer.

21. Enunciado de la Primera y Segunda
Ley de la Termodinámica
• “La energía total de un sistema y sus
alrededores permanece constante;
• La entropía total de un sistema
nunca disminuye”

22. Los principios de la termodinámica
• Los principios de la termodinámica tienen
una importancia fundamental para todas las
ramas de la ciencia.
• Principio Cero: permite definir la
temperatura como una propiedad.
• Primer Principio: define el concepto de
energía como magnitud conservativa.
• Segundo Principio: define la entropía como
magnitud no conservativa, una medida de la
dirección de los procesos.
• Tercer Principio: postula algunas
propiedades en el cero absoluto de
temperatura.

23. FUNDAMENTOS MICROSCÓPICOS DE
LA TERMODINÁMICA
• El descubrimiento de que toda la materia está
formada por moléculas dio una base
microscópica para la termodinámica.

24. Termodinámica estadística
• Cálculos que se basan en un modelo de molécula o
Ion individual y se utilizan para obtener los valores
medios de las variables mecánicas de las moléculas
de un sistema y deducir de ellos las características
generales del sistema.
• Estas características generales resultan ser
precisamente las variables termodinámicas
macroscópicas.

26. Termodinámica estadística
• El tratamiento estadístico de la mecánica molecular
se denomina mecánica estadística, y proporciona a la
termodinámica una base mecánica.
• La mecánica estadística emplea principios
estadísticos para predecir y describir el movimiento
de las partículas.

27. La Mecánica estadística
• La Mecánica estadística, es una rama de la
física que trata de predecir las propiedades
medias o promedios de sistemas formados
por un número muy grande de partículas.
• Desarrollada en el siglo XIX, por el físico
británico J.C. Maxwell, el físico austriaco L.
Boltzmann y el físico matemático
estadounidense J. W. Gibbs.

28. Relación de la Termodinámica
• La Termodinámica proporciona relaciones entre
las propiedades macroscópicas del sistema.
• La Física Estadística proporciona el valor de las
propiedades macroscópicas a partir de las
propiedades microscópicas.
• En conclusión la Física Estadística conecta la
descripción microscópica de la materia con las
propiedades termodinámicas de un sistema.
• Pretende entender como ciertas propiedades
macroscópicas de los cuerpos dependen de sus
constituyentes microscópicos y sus interacciones

29. Termodinámica
universo cósmico
DRA. DOLORES VILLANUEVA
Medico docente

30. • El componente del universo es la radiación:
el gas de fotones micro-ondulares de fondo
que descubrieron Penzias y Wilson.
La expansión del universo es la expansión del
propio espacio, no la de algo que esté en el
espacio del universo.

31. Termodinámica y el Universo
• Acoplando la física de partículas cuánticas, la
cosmología y la termodinámica, se considera
que
• El valor de la entropía específica tiene
muchísima importancia porque determina la
naturaleza del universo.

32. El Segundo Principio de la
Termodinámica
• El segundo principio de la termodinámica nos da la
clave para colegir la temperatura del Universo en el
pasado.
• Ahora conocemos la ley de decrecimiento de la
temperatura con las distancias (y por tanto también
con el tiempo).
• Conocida la temperatura en cada momento de la vida
del Universo primitivo, es posible conocer los procesos
físicos que tuvieron lugar gracias a la física de las
partículas elementales o física de altas energías.
• Ello nos permite reconstruir la historia de la evolución
del Universo desde las primeras fracciones de segundo.

33. Termodinámica y el Universo
• El universo es un sistema cerrado, y, en
consecuencia, su entropía, aumenta con el
tiempo de acuerdo con la segunda ley de la
termodinámica.
• Se forman galaxias y arden estrellas, vertiendo
así al espacio fotones que se suman al gas de
fotones previo.
• Esos procesos aumentan la entropía total del
universo.

34. Termodinámica y el Universo
• Pero lo notable es que el aumento de la
entropía total del universo, es sólo una
diezmilésima de la entropía que existe ya en
los fotones de fondo, una fracción mínima.
• La entropía total del universo se halla hoy, en
el gas de fotones y se ha mantenido constante
desde la gran explosión.
• La entropía es básicamente una cantidad
conservada en nuestro universo.