TERMODINÁMICA

GENERALIDADES Al hablar de termodinámica, con frecuencia se usa el término "sistema". La Termodinámica es la rama de la Física que trata del estudio de las propiedades materiales de los sistemas y de la interconversión de las distintas formas de energía. Estudia los procesos en los que se transfiere energía como calor y como trabajo.

SISTEMAS DE LA TERMODINÁMICA Un sistema cerrado: es cuando no entra ni sale masa. Un sistema cerrado es aislado: es cuando no pasa energía en cualquiera de sus formas por sus fronteras. Un sistema abierto: es donde sí puede entrar o salir masa.

CONCEPTOS BÁSICOS DE LA TERMODINÁMICA ENERGÍA TÉRMICA Es la energía total contenida en el sistema. Es la suma de las energía cinética, potencial, química, eléctrica, nuclear y todas las energías que poseen átomos y moléculas del sistema. ENERGÍA INTERNA Es la energía que fluye de un cuerpo a otro debido a la diferencia de su temperaturas. El calor siempre fluye del cuerpo más caliente al más frío. EL TRABAJO Es una pequeña expansión de un fluido a presión constante en la que efectúa un trabajo. Positivo=cuando pierde energía. Negativo=cuando efectúa trabajo, le proporciona energía al sistema. TIPOS

PRINCIPIOS O LEYES DE LA TERMODINÁMICA PRINCIPIO CERO SEGUNDA LEY PRIMERA LEY TERCERA LEY

PRINCIPIO CERO: EQUILIBRIO TÉRMICO Es cuando dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico con un tercero, entonces están en equilibrio térmico entre sí. También se puede decir cuando dos sistemas están en equilibrio mutuo y comparten una determinada propiedad en determinada temperatura. Esta propiedad puede medirse, y se le puede asignar un valor numérico definido. Por lo tanto si uno de estos sistemas se pone en contacto con un entorno infinito situado a una determinada temperatura, el sistema acabará alcanzando el equilibrio termodinámico con su entorno, es decir, llegará a tener la misma temperatura que éste

1° PRINCIPIO:LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA Establece que si una cantidad de energía térmica fluye dentro de un sistema , entonces esta debe aparecer como un incremento de la energía interna del sistema o como un trabajo efectuado por el sistema sobre sus alrededores. Por lo tanto es donde Q el calor transferido al sistema; o U el cambio en la energía interna ( resulta en el aumento o la disminución de su temperatura) y W siendo realizado por el trabajo externo del sistema. FORMULA Q= U + W

2° PRINCIPIO:LEY DE CAMBIOS ESPONTÁNEOS DE ENERGÍA Es imposible realizar una transformación cuyo único resultado sea la conversión en trabajo del calor extraído de una sola fuente a temperatura uniforme. La energía fluye espontáneamente desde un objeto más caliente a uno más frío, pero no en sentido inverso. Ninguna máquina de calor que trabaja en ciclos continuamente puede cambiar toda la energía consumida en trabajo útil. Si un sistema experimenta cambios espontáneos, éste cambiará en tal forma que su entropía se incrementa permaneciendo constante.

LA ENTROPÍA Es una variable de estado de estado para un sistema en equilibrio; es decir es un sistema que se va encontrar en un determinado estado de equilibrio. También puede considerarse como una medida del desorden (espacial y térmico) del sistema; es decir es un sistema aislado que ha alcanzado el equilibrio. FÓRMULA Por lo tanto es cuando entra cantidad de calor a un sistema a una temperatura absoluta. S=Q/T

3°PRINCIPIO:LEY DEL CICLO TERMODINÁMICO Son 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. El segundo principio de la termodinámica impone un límite superior a la eficiencia de un motor, límite que siempre es menor del 100%. La eficiencia límite se alcanza en lo que se conoce como ciclo de Carnot.

CICLO DE CARNOT El ciclo ideal de Carnot fue propuesto por el físico francés Sadi Carnot, que vivió a principios del siglo XIX. Una máquina de Carnot es perfecta, es decir, convierte la máxima energía térmica posible en trabajo mecánico. Cuanto mayor es esa diferencia, más eficiente es la máquina. Por ejemplo, un motor de automóvil sería más eficiente si el combustible se quemara a mayor temperatura o los gases de escape salieran a menor temperatura. FORMULA El tercer principio de la termodinámica se enuncia como «la variación de entropía asociada a cualquier proceso termodinámico tiende a cero cuando la temperatura tiende al cero absoluto». Es decir, siempre que la temperatura sea superior al cero absoluto (-273 ºC) se producirán procesos termodinámicos irreversibles con crecimiento de entropía. EFICIENCIA=Trabajo finalizado/calor introducido

CALOR Se denomina calor a la energía intercambiada entre un sistema y el medio que le rodea debido a los choques entre las moléculas del sistema y el exterior al mismo y siempre que no pueda expresarse como producto de fuerza por desplazamiento. También se puede decir que son los efectos que produce el calor en los cuerpos sólidos, líquidos y gaseosos. El calor se considera positivo cuando fluye hacia el sistema, cuando incrementa su energía interna. El calor se considera negativo cuando fluye desde el sistema, por lo que disminuye su energía interna.

LEY DE JOULE Es la cantidad de calor que genera una corriente eléctrica es directamente proporcional a la resistencia, a la intensidad de la corriente al cuadrado y al tiempo, multiplicado por el equivalente mecánico del calor. Formulas R=resistencia I=intensidad de calor t=tiempo Q=cantidad de calor T=trabajo

FACTORES DE CONVERSIÓN DE LAS UNIDADES DE CALOR Como el calor es energía las unidades de medición son: la caloría(cal), Kilocaloría(Kcal); pero de acuerdo al Sistema Internacional (SI) es el Julio(J). CONVERSIÓN 1cal=0,427 Kgm 1Kgm=2,34 cal 1cal= 4,186 J Caloría (cal)= es la cantidad de calor que es necesario suministrar a 1 gramo de agua, para elevar la temperatura 1°C.

CONCEPTOS BÁSICOS DEL CALOR

CALOR ESPECÍFICO Es la cantidad de calor que se debe suministrar a la unidad de masa para elevar su temperatura en un grado centígrado Formula: c=Q/m t o Q=mc T UNIDADES (SI): J/Kg.°c cal/g .°c

CALOR QUE GANA O PIERDE UN CUERPO Es un cuerpo de masa m y calor específico c, cuya fase no ésta cambiando y se debe a un cambio de temperatura T. FORMULA: Q=MC t Unidad(SI): Kcal=1000cal cal

CALOR LATENTE Es la cantidad de calor que se debe suministrar a un cuerpo para que cambie su estado manteniéndose constante su temperatura. FORMULA: L= Q/m UNIDADES (SI): Cal/g

CONCEPTOS BÁSICOS DEL CALOR

TEMPERATURA Es una magnitud que nos permite diferenciar un cuerpo caliente de otro frío y esta relacionada con la energía cinética promedia interna del cuerpo. La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura.

TIPOS DE HUMEDAD

TERMÓMETRO El termómetro es un instrumento que se usa para medir la temperatura. El creador del primer termoscopio fue Galileo Galilei; éste podría considerarse el predecesor del termómetro. Inicialmente se fabricaron aprovechando el fenómeno de la dilatación, por lo que se prefería el uso de materiales con elevado coeficiente de dilatación, de modo que al aumentar la temperatura, su estiramiento era fácilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio, encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada. Las presentaciones más modernas son de tipo digital que son utilizadas en hospitales.

TIPOS DE TERMÓMETROS Termómetro de mercurio Pirómetros Termómetros de laminas bimetálicas Termómetro de gas Termopar Termistor Termómetros digitales Se utiliza sobre todo como sensor de temperatura en el termohigrógrafo. Es un dispositivo que varía su resistencia eléctrica en función de la temperatura Es un tubo de vidrio sellado que contiene mercurio, cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme. Son termómetros para altas temperaturas, son utilizados en fundiciones, fábricas de vidrio, hornos etc. Pueden ser a presión constante o a volumen constante y son utilizados para la calibración de otros termómetros. Es un dispositivo para medir la fuerza electromotriz que se genera al calentar la soldadura de dos metales distintos. Son dispositivos transductores como los mencionados, mostrando finalmente la temperatura en un visualizador.

IMÁGENES DE TERMÓMETROS

ESCALAS TERMÓMETRICAS ESCALA CENTÍGRADA O DE CELSIUS ESCALA FAHRENHEIT Es la escala del punto de fusión del hielo corresponde a 0°C y el de ebullición a 100°C. Es la escala del punto de fusión del hielo corresponde a 32°F y el de ebullición del agua a 212°F. ESCALA KELVIN Es la escala físicamente y científicamente actualmente utilizada del punto de fusión del hielo corresponde a 273°K y el de ebullición del agua a 373°K.

FORMULAS DE CONVERTIR A DIFERENTES ESCALAS TERMOMÉTRICAS °C=5(°F-32)/9 °C=°K-273 °F=°C*9/5+32 °K=°C+273 DE °C A °F DE °C A °K DE °K A °C DE °F A °C

DILATACIÓN TÉRMICA Se denomina dilatación térmica al aumento de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al aumento de temperatura que se provoca en él por cualquier medio También es la variación de longitud, superficie o volumen que experimenta un cuerpo por la variación de temperatura. Todos los cuerpos poseen tres dimensiones: largo, ancho y espesor.

Lo=Longitud inicial Ao=superficie inicial Vo=Volumen inicial K=coeficiente de dilatación