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FÍSICA TERMODINÁMICA
Leyes de la termodinámica
GENERALIDADES
Como su nombre lo indica la
termodinámica se ocupa de las
transferencias y acciones (dinámica) del
calor (en griego therme significa
«calor»). En general, se trata de una
rama amplia y general de la ciencia que
estudia todos los tipos y aspectos de la
energía, pero sobretodo la relación entre
calor y la energía mecánica
El desarrollo formal de esta ciencia
empezó hace menos de 200 años,
debido principalmente a los intentos
de idear maquinas de calor,
aparatos que convierten la energía
calorífica en trabajo mecánico, entre
ellas cuentan las maquinas de
gasolina las maquinas de diesel,
maquinas de propulsión y cualquier
dispositivo que transforme el calor
en trabajo .
PORQUE SE DESARROLLO?
Es simplemente un enunciado de la conservación
dela energía aplicado a un sistema termodinámico.
Se expresa en términos matemáticos así :
Lo anterior expresa el hecho general de que cuando
una cantidad de calor , se agrega aun sistema o se
extrae de el hay un cambio de energía interna en el
sistema y se realiza trabajo sobre el .
PR IMERA LEY DE L A TERMODINÁMICA…
Son las cantidades que
caracterizan el estado de un
sistema. En el caso de un gas ideal
la relación entre coordenadas esta
dada por la ley de gases ideales:
Donde es el numero de moleculas
(que refleja la masa o cantidad del
gas) y es la temperatura absoluta.
COORDENADAS TERMODINÁMICAS…
Como existen tres variables
termodinámicas para
determinada mas de gas,
conviene considerar los
procesos «iso» (del griego isos
= igual), en los cuales se
mantiene constante una
coordenada
«PROCESOS ISO»
Es aquel en que la presión de un
sistema permanece constante, la
trayectoria del proceso isobárico
recibe el nombre de isobara. La
energía interna de un gas ideal es
directamente proporcional a su
temperatura, por lo tanto un
incremento de la temperatura
significa que también debe
aumentar la energía (cinética)
interna
PROCESO ISOBÁRICO
es aquel que el volumen del
sistema permanece constante,
en este caso al sistema se le
agrega energía. Y si el volumen
se mantiene constante, la
presión debe aumentar y
también se eleva la
temperatura. En este proceso no
se efectúa trabajo pues el área
bajo la curva es cero
PROCESO ISOMÉTRICO
Es aquel en que la temperatura del
sistema permanece constante. Al pasar del
estado 1 al estado 2, se agrega energía al
sistema, y tanto la presión como el volumen
cambian para mantener constante la
temperatura el trabajo efectuado es igual al
área bajo la curva, la energía interna del gas
ideal permanece inalterada pues la
temperatura es constante por tanto un
proceso isotérmico es aquel ene que hay
transformación de energía: energía calorífica
en energía mecánica
PROCESO ISOTÉRMICO
Es en el que no entra energía en el
sistema ni sale de el, además en el que
todas las coordenadas termodinámicas
varía, la temperatura del gas ideal
disminuye ene el proceso y por la misma
razón decremento la energía el trabajo
efectuado sirve para aumentar la energía
interna, como evidencia un incremento de
la temperatura del sistema como lo dice la
primera ley
PROCESO ADIABÁTICO
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
TERMODINÁMICA
ESCAL A DE TEMPERATURA ABSOLUTA
La Temperatura absoluta es el valor
de la temperatura medida con respecto
a una escala que comienza en el cero
absoluto (0 K ó −273,15 °C). Se trata
de uno de los principales parámetros
empleados en termodinámica y
mecánica estadística. En el Sistema
Internacional de Unidades se expresa
en kelvin, cuyo símbolo es K.1
En 1824 un ingeniero francés llamado Sadi Carnot, describió una
maquina teórica, conocida ahora como maquina de Carnot que es
fundamental tanto desde el punto de vista practico como el punto de
vista teórico demostró que una maquina térmica que funcione en un
ciclo reversible ideal denominado ciclo de Carnot entre dos depósitos
térmicos es la maquina mas eficiente posible. Esta maquina establece un
limite superior en la eficiencias de todas las maquinas. Es decir el trabajo
neto realizado por una sustancia de trabajo sometida al ciclo de Carnot
es la Cantidad de trabajo mas grande posible para una cantidad dada de
energía térmica suministrada a la sustancia ala temperatura mas alta.
CICLO DE CARNOT
Ninguna maquina térmica real que opera entre dos
depósitos térmicos puede ser mas eficiente que una
maquina de Carnot operando entre dos mismos depósitos.
Imaginamos dos maquinas térmicas que operan entre los
mismos depósitos de calor, una de las cuales es una
maquina de Carnot con eficiencia e0 cuya eficiencia e es
mas grande que e0, si la maquina mas eficiente se emplea
para accionar la maquina de Carnot como un refrigerador,
el resultado neto es una transferencia de calor del deposito
frio al caliente. De acuerdo con la segunda ley. Esto es
imposible por lo tanto e0 > e debe ser falsa
CICLO DE CARNOT
Expansión isoterma: Se parte de una situación
en que el gas se encuentra al mínimo volumen del
ciclo y a temperatura T1 de la fuente caliente. En
este estado se transfiere calor al cilindro desde la
fuente de temperatura T1, haciendo que el gas se
expanda. Al expandirse, el gas tiende a enfriarse,
pero absorbe calor de T1 y mantiene su temperatura
constante. Al tratarse de un gas ideal, al no cambiar
la temperatura tampoco lo hace su energía interna,
y despreciando los cambios en la energía potencial y
la cinética, a partir de la 1ª ley de la termodinámica
vemos que todo el calor transferido es convertido en
trabajo.
FASES DEL CICLO DE CARNOT
Expansión adiabática: La expansión
isoterma termina en un punto tal que el
resto de la expansión pueda realizarse sin
intercambio de calor. A partir de aquí el
sistema se aísla térmicamente, con lo que
no hay transferencia de calor con el
exterior. Esta expansión adiabática hace
que el gas se enfríe hasta alcanzar
exactamente la temperatura T2 en el
momento en que el gas alcanza su
volumen máximo. Al enfriarse disminuye
su energía interna.
FASES DEL CICLO DE CARNOT
Compresión isoterma: Se pone
en contacto con el sistema la fuente
de calor de temperatura T2 y el gas
comienza a comprimirse, pero no
aumenta su temperatura porque va
cediendo calor a la fuente fría. Al no
cambiar la temperatura tampoco lo
hace la energía interna, y la cesión
de calor implica que hay que hacer
un trabajo sobre el sistema.
FASES DEL CICLO DE CARNOT
Compresión adiabática:
Aislado térmicamente, el
sistema evoluciona
comprimiéndose y aumentando
su temperatura hasta el estado
inicial. La energía interna
aumenta y el calor es nulo,
habiendo que comunicar un
trabajo al sistema:
FASES DEL CICLO DE CARNOT
La entropía (simbolizada como S) es una magnitud física que
permite, mediante cálculo, determinar 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 entropía
describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos.
Cuando un sistema termodinámico pasa, en un proceso reversible e
isotérmico, del estado 1 al estado 2, el cambio en su entropía es
igual a la cantidad de calor intercambiado entre el sistema y el
medio dividido por su temperatura absoluta.
ENTROPÍA
CERO ABSOLUTO
Sólo se pueden calcular variaciones de entropía. Para
calcular la entropía de un sistema, es necesario fijar la
entropía del mismo en un estado determinado. La tercera
ley de la termodinámica fija un estado estándar: para
sistemas químicamente puros, sin defectos estructurales
en la red cristalina, de densidad finita, la entropía es nula
en el cero absoluto (0 K).
Esta magnitud permite definir la segunda ley de la
termodinámica, de la cual se deduce que un proceso
tiende a darse de forma espontánea en un cierto sentido
solamente. Por ejemplo: un vaso de agua no empieza a
hervir por un extremo y a congelarse por el otro de forma
espontánea, aún cuando siga cumpliéndose la condición
de conservación de la energía del sistema (la primera ley
de la termodinámica).
ENTROPÍA
Es una función de estado de la termodinámica donde la
variación permite expresar la cantidad de calor puesto en
juego durante una transformación isobárica (es decir, a
presión constante) en un sistema termodinámico (teniendo
en cuenta que todo objeto conocido puede ser entendido
como un sistema termodinámico), transformación en el
curso de la cual se puede recibir o aportar energía (por
ejemplo la utilizada para un trabajo mecánico). En este
sentido la entalpía es numéricamente igual al calor
intercambiado con el ambiente exterior al sistema en
cuestión. Usualmente la entalpía se mide, dentro del
Sistema Internacional de Unidades, en joules.
ENTALPIA
GRACIAS!!!
