Termodinámica

conceptosprevios Termometro: mide temperatura Escalas de temperatura: 𝑇 𝐹 = 9 5 𝑇 𝑐 +32º 𝑇 𝐶 = 5 9 ( 𝑇 𝐹 −32º) La escala Kelvin tiene un valor cero , en la temperatura extrapolada de presión cero para un termómetro de gas de volumen constante , qye es - 273,15ºC 𝑇 𝐾 = 𝑇 𝐶 +273,15

En la escala de un termómetro de gas En la escala de un termómetro de gas . El cociente de dos temperaturas es igual por definición al cociente de las dos presiones correspondientes: 𝑇 2 𝑇 1 = 𝑃 2 𝑃 1 La temperatura del punto triple del agua es 0,01ºC , se define como 273,16ºK Es una combinación única de temperatura y presión en la que pueden coexistir agua solida , liquida y gaseosa.

Dilatación lineal Ante un cambio de temperatura , toda dimensión lineal de un cuerpo solido cambia en una cantidad ∆𝐿

Dilatación superficial.

Dilatación volumétrica

Esfuerzo de tensión de enfriamiento Si un metal se enfria sujetándolo de modo que no pueda contraerse , el esfuerzo de tensión esta dado por: 𝐹 𝐴 =−𝛾𝛼∆𝑇 , donde 𝛾 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑌𝑜𝑢𝑛𝑔 𝑦 𝛼 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑙𝑎𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑙𝑖𝑜𝑛𝑒𝑎𝑙

Energía térmica 𝑄=𝑚𝑐∆𝑡 𝑄=𝑛𝐶∆𝑡 ; 𝐶=𝑐𝑀 𝑥 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑎𝑠𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 El calor es energía en transito

Problema de aplicación.

Ley cero

Limitaciones de la ley cero

Calor específico de algunos materiales

Calor latente 𝑄=±𝑚𝐿 , 𝑄 𝐹 =𝑚 𝐻 𝐹 ; 𝑄 𝑉 =𝑚 𝐻 𝑉

Tabla de calor latente de algunos materiales.

Mecanismos de transferencia de calor Conducción Convección radiación

Corriente de calor La corriente de calor H en conducción depende del área A por la que fluye el calor , la longitud L del camino del calor, la diferencia de temperatura y la conductividad térmica K del material.

Aplicación: Una caja de espuma de poliuretano para mantener fría s las bebidas , tiene un área de pared total , incluida la tapa de 0,80 𝑚 2 y un espesor de pared de 2,0 cm . Esta llena de hielo, agua y latas de coca cola a 0ºC . Calcular la razón de calor hacia el interior , si la temperatura exterior es de 30ºC Calcule además cuanto hielo se derrite en un día? (considere la conductividad térmica del poliure3tano como 0,01 𝑤𝑎𝑡𝑡 𝑚º𝐾 )

Transferencia de calor por convección Es un proceso complejo que depende del área superficial , la orientación y la diferencia de temperatura entre un cuerpo y su entorno. La corriente de calor H causada por la radiación está dada por: 𝐻=𝐴𝑒𝜎𝑇 4 Donde A es el área superficial E es la emisividad de la superficie ( un número puro entre 0 y 1) T la temperatura absoluta. 𝜎una constante fundamental, llamada constante de Boltzmann. Si un cuerpo a temperatura T , esta rodeado por material que esta a una temperatura 𝑇 𝑠 , 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑛𝑒𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑢𝑎𝑟𝑝𝑜 𝑎 𝑠𝑢 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 𝑒𝑠: 𝐻 𝑛𝑒𝑡𝑜 =𝐴𝑒𝜎 𝑇 𝑠 4 =𝐴𝑒𝜎 𝑇 4 − 𝑇 𝑠 4

Primera ley de la termodinámica ∆𝑈=∆𝑄−∆𝑊

Esquema interpretativo.

Signos asociados al calor y trabajo de un sistema aislado

Trabajo que hace un sistema a presión constante y a un cambio de volumen.

Gráficos P/v en relación a la primera ley de la termodinámica.

Expansión isotérmica de un gas Un gas ideal experimentará expansión isotérmica ( a temperatura constante) a una temperatura T , durante el cual su volumen cambia . De este modo el gas realiza un trabajo que equivale a : W= 𝑉 1 𝑉 2 𝑃𝑑𝑉 La presión de 2n” moles de gas ideal que ocupan un volumen V a una temperatura absoluta T , es 𝑃= 𝑛𝑅𝑇 𝑉 De aquí se deduce que 𝑊=𝑛𝑅𝑇𝐿𝑛 𝑃 1 𝑃 2 En una expansión isotérmica , el volumen aumenta y la presión disminuye , asi es que el trabajo es positivo.

Energía interna y la primera ley Es uno de los conceptos más importantes en la termodinámica , al calentar un cuerpo aumenta su energía interna y al enfriarlo disminuye. La energía interna de un sistema es la suma de las energías cinéticas de todas sus partículas constituyentes, mas la suma de todas la energías potenciales de interacción entre ellas. La energía interna no incluye la energía potencial debida a la interacción entre el sistema y su entorno. ∆𝑈= 𝑈 2 − 𝑈 1 = 𝑈 𝑓 − 𝑈 𝑖

Tipos de procesos termodinámicos.

Proceso adiabático y constante adiabática

isotérmico

Camino entre dos estados termodinámicos.

Veamos algunos ejemplos: Ud. se propone comer un apetitoso completo de 900 Cal ( con mayonesa , palta..) y luego subir corriendo varios tramos de escaleras para quemar calorías .¿A qué altura debe subir para quemar todas las calorías que ingirió?

El diagrama P/V para un proceso cíclico , en el que los estados final e inicial son iguales. Se inicia en a y procede en sentido anti horario , en el diagrama P/V hasta b y vuelve a a, siendo el trabajo total W=-500J.