Fsica I. Gra. Ing. Diseo Ind. y D.P. / D. Gra. Ing. Diseo Ind. y D.P. e Ing. Mecnica Termodinmica: Conceptos

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TERMODINMICA: PRIMER PRINCIPIOTema 7

1. Conceptos bsicos. Sistemas termodinmicos.

2. Equilibrio trmico y temperatura. Principio cero.

3. Termometra: propiedades termomtricas. Escalas de temperaturas.

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TERMODINMICA

Descripcin macroscpicaSe estudian propiedades o magnitudes referentes a las que posee el sistema a gran escala, que podrn medirse directamente (OBSERVABLES) pero sin tener en cuenta la estructura interna de la materia.

Justificacin Hiptesis microscpica

Coincidencia de los resultados obtenidos en descripcin macroscpica

Descripcin microscpicaEl sistema se considera compuesto por N partculas que interaccionan entre s. Su estudio implica hacer hiptesis sobre la estructura interna de la materia.

Sistema descrito por magnitudes no observablesy no medibles directamenteSiendo N muy grande Mtodos estadsticos muy aproximados

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SISTEMA TERMODINMICO

Regin del espacio o porcin de materia finita que vamos a estudiar Lmite: Superficies fsicas o imaginarias

SISTEMA EXTERIOR o MEDIO AMBIENTETodo lo exterior al Sistema Termodinmico que pueda tener influencia sobre su comportamiento

Sistema CERRADO:m = cte

No hay transferencia de materia a travs de los lmites

Existe (o puede existir) transferencia de materia a travs de los lmites

Sistema ABIERTO:m cte

Sistema AISLADO: Los lmites del Sistema no permiten transferencia ni de materia ni de energa

Sistemas: HOMOGNEOS / HETEROGNEOS

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Delimitado el Sistema Termodinmico es necesario elegir ciertas magnitudes que lo definan, permitan estudiar su comportamiento y las acciones con el exterior.

OBSERVABLES en la descripcin macroscpica

COORDENADAS TERMODINMICAS

Magnitudes macroscpicas que estn relacionadas con el estado interno del sistema (p,V,T,)

Determinan el estado de un Sistema Termodinmico

Situacin de un Sistema en un instante determinado y definido por las Coordenadas Termodinmicas

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VARIABLES DE ESTADO: Mnimo conjunto de coordenadas termodinmicas necesarias para definir el estado del Sistema.

Definidas las Variables de estado, el resto de coordenadas termodinmicas son FUNCIONES DE ESTADO

ECUACIN DE ESTADO: Relacin matemtica entre las variables y las funciones de estado.

Gas ideal de composicin y masa constante:Coordenadas termodinmicas: p, V, TSi p y V las definimos como Variables de estado (independientes)Entonces T es Funcin de estado (dependiente)

pV=nRT es la Ecuacin de estado

Ejemplo:

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EQUILIBRIO TERMODINMICOTodo estado de un sistema en el que las coordenadas termodinmicas toman valores definidos y permanecen constantes a lo largo del tiempo (mientras no se modifiquen las condiciones externas) es un estado de equilibrio termodinmico.

Cuando las coordenadas termodinmicas de un Sistema se modifican por cualquier medio, ya sea espontneamente o debido a influencias externas, entonces el Sistema sufre una TRANSFORMACIN o CAMBIO DE ESTADO

Equilibrio Termodinmico

La estructura interna y la composicin qumica del sistema son inalterables

Eq. Mecnico

Eq. Qumico

Eq. Trmico

0 0 == MF

Todos los puntos del sistema se encuentran a igual temperatura

Coordenadas Termodinmicas

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Equilibrio Trmico. Principio Cero.El equilibrio de un sistema depende de la proximidad de otros sistemas y de la naturaleza de la pared de separacin entre ellos

PARED ADIABTICASist. A Sist. Bp,V p,VT T

Cualquier ( p,V ) es compatible con cualquier ( p,V )

PARED DIATRMICA o DIATERMANASist. A Sist. B

p,V p,VT T

Slo ciertos ( p,V ) son compatibles con ( p,V )dados. En caso contrario los sistemas evolucionan hasta ser compatibles sus variables de estado.

Dos sistemas se encuentran en Equilibrio Trmico si al ponerlos en contacto mediante una pared diatrmica sus coordenadas termodinmicas no varan.

Principio Cero: Si dos sistemas se encuentran en equilibrio trmico con un tercero, ambos se encuentran en equilibrio trmico entre s.

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Un Sistema Termodinmico en estado de equilibrioReferencia:

Cualquier otro Sistema Termodinmico en equilibrio trmico con el de referencia poseer una propiedad que asegura tal equilibrio

TEMPERATURA La temperatura de todos los sistemas en equilibrio trmico entre s se indica por un nmero

Escala de temperaturas Adopcin de un conjunto de reglas para asignar un nmero a la propiedad termomtrica

TERMMETRO: Sistema termodinmico de referencia o Patrn

Temperatura Funcin montona de una de las variables de estado del Sistema, mientras las otras permanecen constantes

Termometra. Escalas de temperaturas

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Termmetro de Gas a volumen constante Propiedad termomtrica: presin

15,273+= CtT

)32(95

= FC tt

0 C

100 C

273,15 K 32 F

212 F373,15 KCelsius Kelvin Farenheit

pp

T3

16,273=

presin Valor temperatura

Punto triple del agua T3 = 273,16 Kp3

1 slo punto de referencia

0,01 C 273,16 KPunto triple

1 C = 1 K

Escalas de temperaturasFsica I. Gra. Ing. Diseo Ind. y D.P. / D. Gra. Ing. Diseo Ind. y D.P. e Ing. Mecnica Termodinmica: Conceptos

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En general las propiedades que dependen de la cantidad de sustancia se simbolizan en maysculas, y las que son independientes en minsculas:

Propiedades extensivas Proporcionales a la cantidad de sustanciaV, L, m, U,

Propiedades intensivas Independientes de la cantidad de sustanciap, T,

Propiedades especficas Propiedad extensiva dividida por la masa m

... ; ;m

Cc

m

Vv == En general: [unidad extensiva/g]

Propiedades molares Propiedad extensiva dividida por el n de moles n

... ; ;n

Cc

n

Vv == En general: [unidad extensiva/mol]