Presentacion de termodinamica

1. TERMODINÁMICA

2. 1.1 Termodinámica y energía
La termodinámica puede ser definida como la ciencia de la
energía.
 El nombre termodinámica viene de las palabras griegas
therme (calor) y dynamis (fuerza).
La energía puede ser vista como la habilidad de causar un
cambio.
Principio de conservación de energía.
 Es una de las leyes fundamentales de la naturaleza,
establece que durante una interacción la energía puede
cambiar de una forma a otra pero la cantidad total de
energía permanece constante.
 Esta es la primera ley de la termodinámica

3. Segunda ley de la termodinámica.
La energía tiene tanto calidad como cantidad, y los
procesos reales ocurren en la dirección de decremento
de calidad de la energía.
Áreas de aplicación de la termodinámica
Prácticamente todas las actividades en la naturaleza
involucran interacciones entre energía y materia, por lo
tanto todas están relacionadas de alguna forma a la
termodinámica.

4. 1.2 Importancia de dimensiones y unidades.
 Las dimensiones presentaran determinadas
magnitudes dependiendo del sistema de unidades
empleado (sistema internacional SI o sistema
ingles).

5. 1.3 Temperatura y ley cero de la
termodinámica
 El equilibrio térmico entre dos cuerpos se alcanza cuando
ambos presentan la misma temperatura y la transferencia de
calor se detiene.
 El único requisito para que se alcance este equilibrio es la
igualdad de temperatura.
La ley cero de la termodinámica establece que:
 si dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico con un
tercer cuerpo, ellos también estarán en equilibrio térmico
entre sí.
 La ley cero sirve como base para la validación de mediciones
de temperatura.

6. ley cero de la termodinámica
Establece que, cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero,
estos están a su vez en equilibrio térmico entre sí.
Si el tercer cuerpo se sustituye por un termómetro:
la ley cero se puede volver a expresar como dos cuerpos están en equilibrio térmico
si ambos tienen la misma lectura de temperatura incluso si no están en contacto.

7.  Cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico
ambos presentan la misma temperatura (medida por
un termómetro), incluso sino se encuentran en
contacto.
Escalas de temperatura.
 Las escalas de temperatura constituyen una base
común para las medidas de temperatura y están
basadas en estado de sustancias fácilmente
reproducibles como el punto de congelación y
ebullición del agua.
 Escalas de este tipo incluyen la escala de grados
centígrados (°C, SI) y la escala de grados
Fahrenheit (°F, sistema inglés)

8.  También existen otras escalas independientes de las
propiedades de sustancias, llamadas escalas de
temperatura termodinámica, como la escala en grados
kelvin (K, SI) y la escala en grados rankine (R, sistema
inglés).
 Cuando se trata con diferencias de temperatura ∆𝑇:

9. 1.5 SISTEMA
Se define como una cantidad de materia o una región en el
espacio elegida para análisis.
 La frontera o pared es la superficie real o imaginaria que
separa al sistema de sus alrededores.

10. SISTEMA CERRADO (MASA DE CONTROL):
 Cantidad de masa fija o constante, no hay entradas ni
salidas de materia.
 Puede haber transferencia de energía, en forma de calor o
trabajo.
 Su volumen no tiene que ser fijo.

11. SISTEMA ABIERTO (VOLUMEN DE CONTROL):
 Hay flujo másico.
 Hay transferencia de energía.
 Su frontera se conoce como superficie de control.
 Puede ser fijo en tamaño y forma o bien puede tener una
frontera móvil.

12. PROPIEDADES DE UN SISTEMA
 Una propiedad es cualquier característica de un sistema
(temperatura, presión, volumen, o masa por ejemplo).
 Las propiedades pueden ser intensivas o extensivas.
 Las propiedades intensivas son aquellas independientes
del tamaño o extensión del sistema (temperatura,
presión, o densidad).
 Las propiedades extensivas son aquellas que si dependen
del tamaño o extensión del sistema (masa total o volumen
total por ejemplo).
 Una propiedad extensiva puede volverse intensiva al ser
dividida por unidad de masa. A dichas propiedades se les
conoce como propiedades específicas.

13. 1.4 Densidad y densidad relativa.
 La densidad 𝜌 es definida como masa 𝑚 por unidad de volumen
𝑉 .
 Su reciproco es el volumen específico

14.  La densidad de una sustancia, en general, depende de dos
propiedades intensivas.
 En el caso de la mayoría de los gases es directamente
proporcional a la presión e inversamente proporcional a la
temperatura.
 En el caso de los líquidos y sólidos, que suelen ser
considerados como sustancias incompresibles, la variación
de la densidad con respecto a la presión es prácticamente
despreciable.

15. La gravedad específica o densidad relativa SG
 Es la razón de la densidad de una sustancia con respecto a
la densidad de alguna otra sustancia de referencia a una
temperatura específica (generalmente es agua a 4 °C, 𝜌
H2O = 1000 kg/m3 ).

16. ESTADO
Un estado termodinámico es un conjunto de valores de
propiedades que:
Sirven para poder definir o reproducir el sistema.
Los parámetros individuales se conocen como:
 Variables de estado, parámetros de estado o
variables termodinámicas.

17. EQUILIBRIO
 Todas las propiedades se mantienen sin cambiar conforme pasa el tiempo.
Un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico cuando se cumplan los
siguientes tipos de equilibrios:
 Equilibrio mecánico: Todas las partes del sistema se encuentran a la misma
presión y esta coincide con la de los alrededores. Tanto las fuerzas externas
como internas que actúan sobre el sistema están compensadas.
 Equilibrio térmico: Todo el sistema y los alrededores están a la misma
temperatura.
 Equilibrio material: No existen reacciones químicas o han alcanzado el
equilibrio y no se produce flujo neto de materia desde una parte del sistema
a otra o entre el sistema y los alrededores.

18. PROCESO
Cualquier cambio de un estado de equilibrio a otro experimentado por un
sistema.
Desde unas condiciones iniciales hasta otras condiciones finales, debido a la
desestabilización del sistema.
Ejemplos de Procesos:
 Isotérmico: proceso a temperatura constante
 Isobárico: proceso a presión constante
 Isométrico o isocórico: proceso a volumen constante
 Isoentálpico: proceso a entalpía constante
 Isentrópico: proceso a entropía constante

19. TRAYECTORIA
Serie de estados por los que pasa un sistema durante en un proceso.
Para describir completamente un proceso se deben especificar:
 Estados inicial
 Estado final
 La trayectoria que sigue
 Las interacciones con los alrededores.

20. 1.6 Presión absoluta, manométrica y
barométrica.
La fuerza normal que ejerce un fluido por unidad de área.
 Se habla de presión sólo cuando se trata de gas o líquido
 Su unidad es el pascal, 1 Pa o 1 N/m2.
 Otras tres unidades de presión son bar, atmósfera y
kilogramo fuerza por centímetro cuadrado.
 La presión también se usa para sólidos como sinónimo de
esfuerzo normal.

21. TIPOS DE PRESIONES:
 Presión absoluta:
se mide respecto al vacío absoluto (es decir, presión cero absoluta).
La mayor parte de los dispositivos para medir la presión se calibran a
cero en la atmósfera
 Presión manométrica:
 puede ser positiva o negativa (de vacío), y es medida con respecto a
la presión atmosférica.
 Son normalmente presiones superiores a la atmosférica, que se mide
por medio de un elemento que se define la diferencia entre la
presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe

22.  si el valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica
aumenta, la presión manométrica disminuye esta diferencia generalmente
es pequeña
 Presión atmosférica (presión barométrica)
 Es la fuerza que ejerce la columna de aire de la atmósfera sobre la
superficie terrestre en un punto determinado.
 Esta fuerza es inversamente proporcional a la altitud. Cuando mayor es la
altitud, menor en la presión atmosférica, y cuando menor es la altitud,
mayor es la presión atmosférica.
 La mayor presión atmosférica es la que se produce al nivel del mar. Por
ende, esta medida se toma como referencia de la presión atmosférica
normal.
 Presión de vacío: presiones por debajo de la atmosférica

25.  La presión de un fluido no cambia de manera horizontal,
siempre y cuando este en reposo.
 No así de manera vertical. La presión que ejerce un fluido
sobre un cuerpo sumergido en su interior depende de:
• Densidad del fluido
• Profundidad
𝑃 =
𝐹
𝐴
=
𝑚𝑔
𝐴
=
𝜌 𝑉 𝑔
𝐴
= 𝜌𝑔ℎ
 Presión Hidrostática
Presión que el peso de un fluido en reposo puede llegar a
provocar, por el simple hecho de estar sumergido en un
líquido.

27. 1.7 Medición de presión
Manómetro:
 La presión se puede medir en función de un cambio de elevación de Δz
 Es posible usar una columna de fluido para medir diferencias de presión.
 Un dispositivo basado en este principio se llama manómetro
 Comúnmente se usa para medir diferencias de presión pequeñas y moderadas.
 El manómetro clásico es un instrumento que consiste de un tubo con forma de U, de
vidrio o plástico, y que se utiliza para medir la diferencia de presión estática a
partir de la columna de un fluido (mercurio, agua, alcohol, o aceito por ejemplo).

28. Presión barométrica
 Llamada así a la presión atmosférica porque se mide mediante un dispositivo
conocido como barómetro.
 El italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) fue el primero en probar de
manera concluyente que la presión atmosférica se puede medir al invertir un
tubo lleno de mercurio en un recipiente con mercurio y abierto a la
atmósfera,
 El barómetro es un dispositivo comúnmente empleado para medir la presión
atmosférica por medio de una columna de mercurio.
 Del balance de fuerzas en la dirección vertical:

29. Principio de Pascal
 La presión permanece constante en todas las otras direcciones
Principio de Pascal se deriva de la situación anterior:
La presión ejercida en cualquier lugar de un fluido
encerrado e incompresible se transmite por igual en
todas las direcciones en todo el fluido, es decir, la
presión en todo el fluido es constante.

30. Expansión térmica
 Para usar la temperatura como medida de calidez o de frialdad, necesitamos establecer
una escala de temperatura.
 Para ello, podemos usar cualquier propiedad medible de un sistema que varíe con su
“calidez” o “frialdad”
Los cambios de temperatura hacen que cambie el
volumen del líquido.
Cuando el sistema se calienta, el líquido colorido (usualmente
mercurio o etanol) se expande y sube por el tubo, y el valor
de 𝐿 aumenta.

31. Otro sistema sencillo es una cantidad de gas en un recipiente de
volumen constante
La presión 𝑝 medida por el manómetro aumenta o disminuye, al
calentarse o enfriarse el gas
Un tercer ejemplo es la resistencia eléctrica 𝑅 de un alambre
conductor, que también varía al calentarse o enfriarse el alambre
Todas estas propiedades nos dan un número (𝐿, 𝑝 o 𝑅) que varía con la calidez y la
frialdad, así que pueden usarse para hacer un termómetro.

32.  Casi todos los materiales se expanden al aumentar su
temperatura.
 El aumento en la temperatura hace que el líquido se expanda en
los termómetros de líquido en un tubo.
 Los puentes necesitan articulaciones y soportes especiales que
den margen a la expansión.
 Una botella totalmente llena de agua y tapada se revienta al
calentarse
 Pero podemos aflojar la tapa metálica de un frasco vertiendo agua
caliente sobre ella. Estos son ejemplos de expansión térmica.

33. Expansión lineal
Suponga que una varilla de material tiene longitud 𝐿𝑜 a una
temperatura inicial 𝑇𝑜.
Si la temperatura cambia en ∆𝑇, la longitud cambia en ∆L. Se
observa experimentalmente que si ∆𝑇 no es muy grande ∆L es
directamente proporcional a ∆𝑇
Si dos varillas del mismo material tienen el mismo cambio de
temperatura, pero una es dos veces más larga que la otra, su
cambio de longitud también será del doble. Por lo tanto, ∆L
también debe ser proporcional a 𝐿𝑜
Si introducimos una constante de proporcionalidad a (diferente
para cada material), expresaremos estas relaciones en una
ecuación:

34. Expansión térmica lineal:
∆𝐿 = 𝛼𝐿𝑜∆𝑇
𝐿 ∶ Longitud
∝: Coeficiente de expansión lineal, sus unidades son 𝐾−1
o 𝐶−1
𝑇: Temperatura
Expansión térmica volumétrica:
∆𝑉 = β𝑉𝑜∆𝑇
𝐿 ∶ Volumen
β: Coeficiente de expansión volumétrica, sus unidades son 𝐾−1
o 𝐶−1
𝑇: Temperatura