El documento es una introducción a los conceptos básicos de la termodinámica, que es la ciencia que estudia los fenómenos de energía, calor y trabajo. Se abordan definiciones, principios como la conservación de la energía y tipos de sistemas termodinámicos, así como la relación entre propiedades intensivas y extensivas. Finalmente, se describen métodos para medir temperatura y presión, y se discuten conceptos de estado y equilibrio en sistemas termodinámicos.

1. Termodinámica
Dr. Renzon Cosme Pecho
07-09-2015
Tema: INTRODUCCION

2. Conceptos básicos de Termodinámica
Therme (calor)
Dynamis (fuerza)
Proviene de las palabras griegas:

3. Conceptos básicos de Termodinámica
Es parte de la física que
estudia los fenómenos de la
naturaleza envolviendo
energía, calor y trabajo.
También podemos definir
como la ciencia de la energía.
Definición:

4. Aplicaciones

5. Aplicaciones

6. Dimensiones y unidades

7. Prefijos

8. Energía
El principio de conservación de energía
La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma
Ejemplo:
Uma roca que cae de un acantilado,
adquiere velocidad como resultado
de su energía potencial convertida
en energía cinética

9. Energía
El principio de conservación de energía
La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma
Ejemplo:

10. Energía
El principio de conservación de energía
Balance de energía:
Eentrada ΔE
Sistema
Esalida
Eentrada-Esalida = ΔE

11. II. Energia Potencial Gravitacional
Está asociada a la altura (posición
que el corpo ocupa en relación,
a la superfície de la tierra).
EP = mgh
III. Energia Potencial Elástica
Está asociada a la deformación
de un cuerpo.
I. Energia Cinética
Está asociada al movimento de
los cuerpos.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: SEE-PE
Corrida
O atleta acelera
pela pista levando a
vara para o alto
Impulsão
A velocidade diminui
ao baixar a vara para
fincá-la na caixa de
apoio.
1
2
Voo
O impulso para a
frente e a flexibilidade
da vara lançam o
atleta para cima.
3 Queda
Superando o sarrafo,
o atleta estica as
pernas, gira o corpo, e
amortece a queda.
4
Sarrafo
Se cai, o salto
não é válido
Queda
EC = mv²
2
EPel = kx²
2
Energía
Definición: Capacidad de um cuerpo para realizar trabajo

12. Sistema: Parte del universo que es objeto de estudio,
conteniendo materia y es limitada por una superficie.
Ejemplos:
• Una solución
• Un metal
• Una célula
• Un gás
• Un cuerpo, etc
Sistemas termodinámicos

13. Ambiente: (alrededor o entorno), es todo lo que rodea
al sistema y interactúa con él.
Límites: es toda pared, contorno que separa el sistema del
ambiente.
Sistemas termodinámicos

14. Tipos de Sistemas

15. Abierto
Masa y EnergíaIntercambio :
Cerrado
Energía
Aislado
Nada
SISTEMA
Vapor de agua
Calor Calor
Tipos de Sistemas

16. Tipos de Sistemas
Ejemplo:
• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente
imagen?
SISTEMA
CERRADO

17. Tipos de Sistemas
Ejemplo:
• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente
imagen?
SISTEMA
ABIERTO

18. Tipos de Sistemas
Ejemplo:
• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente
imagen?
SISTEMA
AISLADO

19. Tipos de Sistemas
Ejemplo:
• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente
imagen?
SISTEMA
ABIERTO

20. Tipos de Sistemas
Ejemplo:
• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente
imagen?
SISTEMA
AISLADO

21. Tipos de Sistemas
Ejemplo:
• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente
imagen?
SISTEMA
Abierto

22. Volumen de control:
Cualquier región arbitraria
en el espacio que se elige
como objeto de estudio.
Superficie de control:
Separa el VC del exterior.
Es una frontera imaginaria
que puede tener límites
reales o imaginarios.
Volumen de control (vc)

23. El VC puede tener fronteras: Fijas, móviles, reales o
imaginarias.
Volumen de control (vc)

24. Variables de estado no dependen del camino de
transformación/reacción.
Variables de un sistema termodinámico
Ejm:
N, m, V,
H, G, S,
etc
Ejm:
T, P,
densidad.
Variables del proceso dependen del camino de
transformación/reacción.

25. PROPIEDADES
INTENSIVAS EXTENSIVAS
No dependen de la cantidad
de materia del sistema
Dependen de la cantidad
de materia del sistema
No son aditivas
- Temperatura
- Presión
- Densidad
Son aditivas
- Masa
- Volumen
- entalpia
-Gibbs
-entropia
Variables de un sistema termodinámico

26. Unidades de las variables de estado
Variables de un sistema termodinámico

27. 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
Variables de un sistema termodinámico

28. 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
- El vapor de agua
Variables de un sistema termodinámico

29. • Se define como la masa por unidad de volumen
Densidad y densidad relativa
Densidad
𝜌 =
𝑚
𝑉
𝑘𝑔
𝑚3
Densidad relativa
• Es una comparación de la densidad de una sustancia
con la densidad de otra que se toma como
referencia.
𝜌 𝑟 =
𝜌
𝜌 𝐻2 𝑂
𝑘𝑔
𝑚3

30. Densidad y densidad relativa
Densidad relativa

31. • A temperatura de una sustancia en estado (sólido,
líquido e gasoso) es una medida da energia cinética
média de las espécies que las componen.
• La temperatura es medida indiretamente a través de
las propriedades físicas de una sustancia (sólido,
líquido o gaseoso).
https://www.youtube.com/watch?v=XNnN6G6lE8o
Temperatura

32. Termómetros
Termómetro de mercúrio Termopar
Temperatura
Son instrumentos que permite medir la temperatura de un
sistema.
Variación de la densidad del
mercúrio con la
temperatura
El voltage producido por la unión
de dos condutores diferentes varia
con la temperatura.

33. Termómetros
Pirómetro
Temperatura
Termómetro de Alcohol Termómetro Electrónico
Otros
Espectro de la radiación
emitida por el cuerpo
caliente.

34. Unidades:
   
   
   
    32CT8,1FT
KT8,1RT
67,459FTRT
15,273CTKT
oo
o
oo
o




Temperatura

35. Ejemplos:
Temperatura
1.- Convierta las siguientes temperaturas como se indica:
 Convertir 1638°K a grados Rankine
(respuesta: 2949°R)
 Convertir 415°C a grados Kelvin
(respuesta: 688°K)
 Convertir 68°F a grados Celsius
(respuesta: 20°C)
 Convertir 537°R a grados Kelvin
(respuesta: 298°K)

36. Ejemplos:
Temperatura
2.- Para asar un pollo se necesita que la parrilla alcance una
temperatura de 374°F. ¿A que temperatura debo fijar el
graduador para asar el pollo, si la graduación está en grados
centígrados (°C)?
Rpta: 190 °C

37. Ejemplos:
Temperatura
3.- Se tiene tres ciudades: Madrid, Buenos Aires y Santiago, cuyas
temperaturas ambientales son como siguen:
Madrid : 26°C
Buenos Aires : 88°F
Santiago : 293°K
Indique cual de las ciudades tiene la temperatura mas baja, y la
mas alta.

38. Ejemplos:
Temperatura
3.- Se tiene tres ciudades: Madrid, Buenos Aires y Santiago, cuyas
temperaturas ambientales son como siguen:
Madrid : 26°C
Buenos Aires : 88°F
Santiago : 293°K
Indique cual de las ciudades tiene la temperatura mas baja, y la
mas alta.
Respuesta: Por lo tanto la ciudad mas calurosa es la de Buenos
Aires con 31.1°C.
Respuesta: La ciudad mas fría es la de Santiago con 20°C.

39. Presión
La fuerza ejercida por un gás sobre una superfície es debido a la
secuencia incesante de colisiones de las partículas que lo
constituyen sobre esta superfície.
Muchas colisiones  F constante  P  constante
2
11
m
N
Pa
A
F
P 

40. Barómetro
(equilíbrio mecánico)
atmcolumnadelabase PP 
bar01325,1)C4(OftH91,33)C0(inHg921,29
)psi(7,14)C0)(torr(mmHg760Pa101325atm1
o
2
o
in
lbo
2
f


Presión
Medidores de presión:
Instrumento utilizado para medir la presión atmosférica.
Es um tubo lleno de Hg, sellado em una extremidad,
mergullado com la otra extremidad abierto em una cuba
llena de Hg.

41. Barómetro
Presión
Medidores de presión:

42. hgpmanom   atmabs phgp 
Manómetro de
tubo abierto
Manómetro de
tubo cerrado
Manómetro de tubo en U Manómetro de Bourdon
Manómetro
Instrumento utilizado para medir la presión de uma atmosfera de gás
em el interior de um recipiente.
Presión

43. Manómetro
Presión

44. El manómetro marca 87 psi y la presión barométrica local es de
28 inHg. Cuál es la presión absoluta.
psip
psi
inHg
psi
inHgp
abs
atm
78,10078,1387
78,13
92,29
7,14
28


Presión
Ejemplo:
atmabs phgp 

45. Presión
Ejemplo:
Para aquecer 1 kg de uma substância de 10 0C
a 60 0C, foram necessárias 400 cal.
Determine:
a) o calor específico do material
b) a capacidade térmica da substância

46. Presión
Solución:

47. Presión
Ejemplo:

48. Presión
Solución:

49. Considere un sistema que no experimenta ningún cambio: en estas
circunstancias, todas las propiedades se pueden calcular, lo cual nos
da un conjunto de propiedades que describe por completo el
estado del sistema.
Estado y equilibrio
Estado:
Ejemplo:
• Está en un estado
específico
• Tienen valores fijos cada
estado
• Si cambia el valor, el
estado cambia.

50. En un estado de equilibrio NO
hay propiedades desbalanceados
dentro del sistema y no
experimenta cambios cuando es
aislado.
Estado y equilibrio

51. El número de propiedades requeridas para fijar un
estado de un sistema se determina mediante postulado
de estado.
Postulado de estado
El postulado de estado requiere que las 2 propiedades
específicas sean INDEPENDIENTES, osea si UNA de
ellas VARIA la otra debe permanecer CONSTANTE.
Estado y equilibrio

52. Postulado de estado
Ejemplo:
• T y V, son propiedades
independientes y juntas
fijan el estado de un
sistema compresible
simple.
Sistema compresible simple es cuando carece de efectos
eléctricos, magnéticos, gravitacionales, de movimiento y tensión
superficial.
Estado y equilibrio

53. Un sistema que no tiene interacción con el medio está en equilibrio
termodinámico.
Equilibrio termodinámico
La presión em
alguno de sus
puntos no cambia
con el tiempo.
Temperatura constante
en todos los puntos del
sistema
Su composición química
no cambia com el
tiempo.

54. Tienen la misma temperatura en todo el sistema
A B A B
Equilibrio térmico
1 2

55. Cualquier cambio de un estado de equilibrio a otro.
Procesos y Ciclos
Proceso:
Para describir un proceso se debe especificar su estado inicial
y final, así como la trayectoria que sigue y las interacciones
con los alrededores
Trayectoria del proceso: Serie de estados por lo que pasa un
sistema durante el proceso

56. Los diagramas de procesos se grafica mediante el uso de
propiedades termodinámicas (T,P,V) en forma de coordenadas.
Procesos y Ciclos

57. Con mas detalle será vista en la primera ley de la
termodinámica
Procesos y Ciclos

58. Principio cero de la termodinámica
El principio cero establece que:
http://fisicoquimica.wikidot.com/4-ley-cero-de-la-termodinamica
“Cuando dos sistemas A y B están en equilibrio térmico con un
tercero C, A y B también están en equilibrio térmico entre si”
A B
C
A B
C
Sistema en equilibrio
Pared
Diatérmica

59. 60ºC 40ºC
60ºC 40ºC 60ºC 40ºC
50ºC 50ºC
Pared Diatérmica
Pared Adiabática
Principio cero de la termodinámica

60. Principio cero de la termodinámica
https://www.youtube.com/watch?v=NI8n5VKhn0M

61. Es la energía que se transfiere entre un sistema y
sus alrededores durante un cambio en el estado del
sistema.
Calor
Q = m c(TB-TA)
Donde:
Q = calor (cal)
m: la masa expresada en gramos
c: el calor específico (cal/g)
TB-TA: diferencia de la temperatura
1 cal = 4,184 J

62. Calor de Fusión de hielo LF
Es la cantidad de calor necesaria para fundir 1 g de hielo = 80 cal
Capacidad calorífica del hielo es 0.5 cal / (g ºC)
Calor de Vaporización LV
Es la cantidad de calor necesaria para transformar 1 g de agua en vapor
= 540 cal
Capacidad calorífica del agua es 1 cal / (g ºC)
Calor

63. Es la energía que le transfiere un cuerpo a otro por
la acción de una fuerza.
dxF.w
Trabajo (W)
.
uff, uff
W=F x
Trabajo realizado
por el hombre
Fuerza aplicada
Distancia que
se desplaza
el objeto
Fuerza
distanciaX1 X2
2
1
X
X
W Fdx 

64. Pext
Pint
Equilibrio mecánico
x extF P A
Pext = Pint
/A V x
Pext > Pint
Pext
Pint
dx
sistema ext
w P dV 
embolo ext
w P dV
xw F dx
Pext = Pint
Estado
inicial
Estado
final
Trabajo (W)

65. El calor es POSITIVO
cuando entra al sistema,
y es NEGATIVO cuando
sale del sistema
El Trabajo es POSITIVO
cuando es efectuado por el
sistema, y es NEGATIVO
cuando se efectua sobre el
sistema.

66. Problemas
Para calentar 1 kg de una sustancia de 10 0C a 60 0C, fueron
necesarios 400 cal.
Determine:
a) El calor específico del material
b) La capacidade térmica de la sustancia

67. Problemas

68. Problemas
Se mezclan 100 g de agua a 10 ºC con 300 g de agua a 40 ºC.
¿Cuál será la temperatura final de la mezcla?

69. Problemas
Un recipiente de aluminio de 450 g de masa contiene 120 g de
agua a temperatura de 16 °C. Se deja caer dentro del recipiente
un bloque de hierro de 220 g a la temperatura de 84 °C. Calcula
la temperatura final del sistema.

70. Problemas

71. Problemas

72. Problemas

73. Problemas

74. Problemas

75. Problemas

76. Problemas

77. Problemas

78. Problemas

79. Bibliografía
Faires, V. (2001) Termodinámica. México: Limusa
Cengel, M (2006). Termodinámica. México: Mc Graw Hill.
American Society for Testing and Materials, Standards for
Metric Practice, ASTM E 380-79, enero de 1980.
A. Bejan, Advanced Engineering Thermodynamics,
(2a. ed.), Nueva York, Wiley, 1997.