7/26/2019 TERMODINAMICA PREVIO

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1.1 Qu es la temperatura y el calor?termodinmicaEl calor enfsicase refiere a la transferencia de energa de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en virtud

de una diferencia de temperatura. El calor es energa en trnsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona

de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los

cuerpos se mantenga constante. La energa no fluye desde un objeto de temperatura baja a un objeto de temperatura alta si no

se realizatrabajo.

fsico alemn Gabriel Daniel Fahrenheit. astrnomo sueco Anders Celsius, fsico britnico William ThomMaterial Coeficiente de expansin lineal ( C1)

Aluminio24 x 10-6, Latn y bronce19 x 10-6, Cobre17 x 10-6, Vidrio (ordinario)9 x 10-6, Vidrio (Pirex)3,2 x 10-6, Plomo29 x10-6, Acero11 x 10-6, Invar(aleacin de NquelCromo)6,9 x 10-6, Concreto12 x 10-6.

Mecanismo de transferencia de calor

Los procesos fsicos por los que se produce la transferencia de calor son la conduccin y la radiacin. Un tercerproceso,que

ambin implica elmovimientode materia, se denomina conveccin. La conduccin requiere contacto fsico entre los cuerpos (o

as partes de un cuerpo) que intercambian calor, pero en la radiacin no hace falta que los cuerpos estn en contacto ni que

haya materia entre ellos. La conveccin se produce a travs del movimiento de un lquido o un gas en contacto con un cuerpo

de temperatura diferente.

Mecanismo de transferencia de calor por conduccin:En este proceso, la transferencia de energarmica se puede ver a una escala atmica como un intercambio de energa cintica entre molculas, donde las partculas

menos energticas ganan energa al chocar con las partculas ms energticas. A pesar de que la transferencia de energa

rmica a travs de un metal puede explicarse de modo parcial por las vibraciones atmicas y el movimiento de electrones, la

asa de conduccin depende tambin de las propiedades de la sustancia que es calentada.

Mecanismo de transferencia: Cuando el movimiento se produce por diferencia en la densidad, como en el ejemplo

del aire alrededor del fuego, esta se conoce como conveccin natural. Cuando la sustancia calentada es obligada a moverse

mediante un ventilador o bomba, como en algunos sistemas de calefaccin de aire caliente y agua caliente, el proceso se

denomina conveccin forzada.

Mecanismo de transferencia de calor por radiacin:. Todos los objetos radian energa continuamente en

orma deondaselectromagnticas. El tipo de radiacin asociado a la transferencia de energa trmica de un lugar a otro se

conoce como radiacin infrarroja.

El paso de slido a gas se denomina sublimacin, de slido a lquido fusin, y de lquido a vapor vaporizacin. Si la presin es

constante, estos procesos tienen lugar a una temperatura constante. La cantidad de calor necesaria para producir un cambio

de fase se llama calor latente; existen calores latentes de sublimacin, fusin y vaporizacin.

Leycero de la termodinmica:Cuando dossistemasestn enequilibriomutuo, comparten una

determinadapropiedad.Esta propiedad puede medirse, y se le puede asignar unvalornumrico definido. Una consecuencia

de ese hecho es el principio cero de la termodinmica, que afirma que si dos sistemas distintos estn en equilibrio

ermodinmico con un tercero, tambin tienen que estar en equilibrio entre s. Esta propiedad compartida en el equilibrio es la

emperatura.

Si uno de estos sistemas se pone en contacto con un entorno infinito situado a una determinada temperatura,

elsistemaacabar alcanzando el equilibrio termodinmico con su entorno, es decir, llegar a tener la misma temperatura que

ste. (El llamado entorno infinito es una abstraccinmatemticadenominada depsito trmico; en realidad basta con que el

entorno sea grande en relacin con el sistema estudiado).

Primera ley de la termodinmica:Cuando un sistema se pone en contacto con otro ms fro que l, tiene lugarunprocesode igualacin de las temperaturas de ambos. Para explicar este fenmeno,

La primera ley no es otra cosa que el principio de conservacin de la energa aplicado a un sistema de muchsimas

partculas. A cada estado del sistema le corresponde una energa interna U. Cuando el sistema pasa del estado A al

estado B, su energa interna cambia en

U=UB-UA

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TERMODINAMICA

La termodinmica(del griego termo, que significa "calor"y dinmico, que significa "fuerza") es una rama de la

fsica que estudia los fenmenos relacionados con el calor.

Especficamente, la termodinmica se ocupa de las

propiedades macroscpicas (grandes, en oposicin a lo

microscpico o pequeo) de la materia, especialmente las

que son afectadas por el calor y la temperatura, as como

de la transformacin de unas formas de energa en otras.

Estudia los intercambios de energa trmicaentre

sistemas y los fenmenos mecnicos y qumicos que

mplican tales intercambios. En particular, estudia los

fenmenos en los queexiste transformacin de energa

mecnica en trmica o viceversa.

Cuando la energa (mecnica, trmica, elctrica,

qumica) se transforma de una forma a otra, siempre

hay una cantidad que se convierte en calor.

Aproximadamente,calorsignifica "energa en trnsito" y

dinmica se refiere al "movimiento", por lo que, en

esencia, la termodinmica estudia la circulacin de la

energa y cmo la energa infunde movimiento.

Histricamente, la termodinmica se desarroll a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras

mquinas de vapor.

Es importante saber que la termodinmica estudia los sistemas que se encuentran en equilibrio. Esto significa que

as propiedades del sistema tpicamente la presin, la temperatura, el volumen y la masa, que se conocen como

variables termodinmicasson constantes.

Adems, la termodinmica nos ayuda a comprender por qu los motores no pueden ser nunca totalmente eficientes

y por qu es imposible enfriar nada hasta el cero absoluto, una temperatura a la que las sustancias no tienen

energa calrica.

Los principios de la termodinmica se pueden aplicar al diseo de motores, al clculo de la energa liberada en

reacciones o a estimar la edad del Universo.

El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinmicas son

las leyes de la termodinmica, que postulan que la energa puede ser intercambiada

entre sistemas fsicos en forma de calor o trabajo. Tambin se postula la existencia

de una magnitud llamadaentropa,que puede ser definida para cualquier sistema.

Las Leyes Termodinmicas pueden expresarse de la siguiente manera:

Ley Cero de la Termodinmica

A esta ley se le llama de "equilibrio trmico". El equilibrio trmico debe entenderse

como el estado en el cual los sistemas equilibrados tienen la misma temperatura.

Esta ley dice "Si dos sistemas A y B estn a la misma temperatura, y B est a la

misma temperatura que un tercer sistema C, entonces A y C estn a la misma

temperatura". Este concepto fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no

fue formulado hasta despus de haberse enunciado las otras tres leyes. De ah que

recibe la posicin cero.

Un ejemplo de la aplicacin de esta ley lo tenemos en los conocidos termmetros.

Motor de combustin interna: transferencia de

energa.

Intercambio de energa.

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Primera Ley de la Termodinmica

Esta primera ley, y la ms importante de todas, tambin conocida como principio de conservacin de la

energa, dice: "La energa no puede ser creada ni destruida, slo puede transformarse de un tipo de energa en

otro".

La primera ley de la termodinmica da una definicin precisa del calor, y lo identifica

como una forma de energa. Puede convertirse en trabajo mecnico y almacenarse,

pero no es una sustancia material.

Experimentalmente se demostr que el calor, que originalmente se meda en

unidades llamadas caloras, y el trabajo o energa, medidos enjulios, eran

completamente equivalentes. Una calora equivale a 4,186 julios.

Ver: PSU: Fsica;Pregunta 14_2005(1)

Segunda Ley de la Termodinmica

La segunda ley dice que "solamente se puede realizar un trabajo mediante el paso

del calor de un cuerpo con mayor temperatura a uno que tiene menor temperatura".

Al respecto, siempre se observa que el calor pasa espontneamente de los cuerpos

calientes a los fros hasta quedar a la misma temperatura.

La segunda ley de la termodinmica da, adems, una definicin precisa de una

propiedad llamada entropa(fraccin de energa de un sistema que no es posible convertir en trabajo).

Para entenderla, la entropa puede considerarse como una medida de lo prximo o no que se halla un sistema al

equilibrio; tambin puede considerarse como una medida del desorden (espacial y trmico) del sistema.

Pues bien, esta segunda ley afirma que "la entropa, o sea, el desorden, de un sistema aislado nunca puede

decrecer. Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una configuracin de mxima entropa, ya no puede

experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio" (Ver:Procesos reversibles e irreversibles en la Naturaleza).

Como la entropa nunca puede disminuir, la naturaleza parece pues

"preferir" el desorden y el caos. Puede demostrarse que el segundo

principio implica que, si no se realiza trabajo, es imposible transferir

calor desde una regin de temperatura ms baja a una regin de

temperatura ms alta.

Tercera Ley de la Termodinmica

El tercer principio de la termodinmica afirma que "el cero absoluto

no puede alcanzarse por ningn procedimiento que conste de un

nmero finito de pasos. Es posible acercarse indefinidamente al ceroabsoluto, pero nunca se puede llegar a l".

Es importante recordar que los principios o leyes de la

Termodinmica son slo generalizaciones estadsticas, vlidas

siempre para los sistemas macroscpicos, pero inaplicables a nivel

cuntico.

Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservacin

de la energa, es una de las ms slidas y universales de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por la

ciencia.

Trabajo y energa.

El cero absoluto implicara falta total de

movimiento atmico.

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