TERMODINAMICA

TERMODINAMICA DEFINICIÓN: Campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas macroscópicos. PROPIEDADES FISICAS: MEDIBLES: temperatura, volumen, presión, masa DERIVADAS: densidad, calor específico, capacidad calórica. Cuando un sistema macroscópico pasa de un estado de equilibrio a otro, se dice que tiene lugar un proceso termodinámico.

TERMODINAMICA CALOR TEMPERATURA: Es una forma de energía, la “energía vibracional” que tienen las partículas de un cuerpo (particularmente los electrones). Magnitud cuantitativa que expresa la cantidad de “energía vibracional” que tienen las partículas de un cuerpo. TEMPERATURA: Magnitud de intensidad, valor medio de esta energía en las moléculas.

CALOR Y TEMPERATURA ENERGIA VIBRACIONAL Energía cinética. Manifestada en: Frecuencia Amplitud. Se opone a las fuerzas de atracción: Dilatación Expansión.

CALORIA CAPACIDAD CALÓRICA CALOR ESPECÍFICO En la práctica cuantificar el calor sólo es posible en términos relativos (comparativos) Esto se debe a que cada sustancia se comporta de diversa manera frente al calor dependiendo de su CAPACIDAD CALÓRICA CALOR ESPECÍFICO CALORIA: "cantidad de calor" necesaria para elevar en un grado de temperatura, un gramo (masa) de materia: 1 cal ® 1ºC.1 g

Calor añadido por unidad de aumento de temperatura CAPACIDAD CALORICA La relación directamente proporcional entre la variación de la cantidad de calor (DQ) y la variación de temperatura (DT) Calor añadido por unidad de aumento de temperatura

Corresponde a la capacidad calórica por unidad de masa CALOR ESPECÍFICO Corresponde a la capacidad calórica por unidad de masa Tanto capacidad calórica de un cuerpo como calor específico del material dependen de la situación del intervalo de temperatura escogido. Sin embargo, dentro de una amplitud térmica determinada sin cambio de estado, podemos tomar esos valores como constantes.

TRANSMISIÓN DEL CALOR CONDUCCIÓN: Transmisión entre sólidos. En un sistema aislado de 2 sólidos a distintas Temperaturas la conducción se puede medir fidedignamente de modo que se cumple que:

TRANSMISIÓN DEL CALOR CONVECCION Al calentar un líquido o gas, su densidad suele disminuir, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende.

TRANSMISIÓN DEL CALOR RADIACION El calor es una onda electromagnética por tanto no precisa de contacto con materia para propagarse (vacío).

EQUIVALENTE MECANICO DEL CALOR Joule utilizó un aparato en el cual unas pesas, al caer, hacían girar un conjunto de paletas sumergidas en agua. La pérdida de energía mecánica (debido al rozamiento) se calculaba conociendo las pesas y las alturas de las cuales caían. La energía calórica equivalente era determinada a través de la masa de agua y su aumento de temperatura. El resultado fue: 1 kcal = 1000 cal = 4186 joules. 1 Kcal = 4186 J , 1 cal = 4,186 J , 0,24 cal = 1 J

CALOR Y TRABAJO Pesa hizo un trabajo mecánico, trasformando energía potencial en energía cinética. En fórmulas: W= |F|d = m|a|d EPG = mgh (masa x 9,8 x altura). El calor contenido se traducirá en PRESIÓN. Si la pared se hiciera extensible, la presión produciría un CAMBIO DE VOLUMEN. Por tanto, haciendo las relaciones:

CALOR Y TRABAJO Por lo tanto: Calor: Transferencia de energía debida a una diferencia de temperatura. Trabajo: Es una transferencia de energía que no se debe a una diferencia de temperatura. Para entender cómo el calor afecta un sistema de modo de convertirlo en trabajo, analizaremos la dinámica de los gases.

LEY DE BOYLE-MARIOTTE A temperatura constante, los volúmenes de una masa gaseosa son inversamente proporcionales a las presiones que soporta

LEY DE CHARLES-GAY LUSSAC a presión constante, los volúmenes de una masa de gas son directamente proporcionales a las respectivas temperaturas absolutas

LEY DE AVOGADRO Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas N= 6.022 x 1023 = 1 mol De acuerdo con la Ley de Avogadro, el volumen ocupado por un mol de cualquier gas es el mismo a una temperatura y presión fijas. Cuando T = 0°C y P = 1 atm, este volumen es de 22.4 L. Vm = 22.4 lts a PTs V = n.Vm    

LEY GASES IDEALES

TEORIA CINÉTICA MOLECULAR Gases consisten en enorme cantidad de partículas. Son pequeñísimas (volumen despreciable) No interactúan entre ellas Energía elástica inagotable (a T constante) Energía promedio proporcional a T absoluta.

TEORIA CINÉTICA MOLECULAR PRESION: Secundaria a colisiones contra las paredes. Magnitud promedio del momentum de todas las partículas TEMPERTURA Es una medida de la energía cinética promedio.

TEORIA CINÉTICA MOLECULAR Si Temperatura es constante y aumenta Volumen, la velocidad media no va a cambiar, por ende las colisiones se reducirán (Boyle). Si Temperatura aumenta, la velocidad media también lo hará, Por tanto aumentará la Presión, que llevará a aumentar el Volumen (Charles)

TEORIA CINÉTICA MOLECULAR Esta energía cinética constituye el componente más dinámico, pero no el único, de la energía interna del sistema. La energía interna (o térmica) es la energía total de todas las moléculas del objeto, o sea incluye: Energía cinética: de traslación, rotación y vibración de las moléculas. Energía potencial: en partículas (E=mc2) y energía potencial entre partículas (energía química).

TEORIA CINÉTICA MOLECULAR Bajo esta visión: La temperatura es una medida de la energía cinética media de las moléculas individuales. El calor es una transferencia de energía, como energía térmica, de un objeto a otro debida a una diferencia de temperatura.

LEYES DE LA TERMODINAMICA Nacen del estudio de máquinas térmicas (calderas a vapor, motores de combustión interna). Integran los conceptos de Calor y Trabajo como equivalentes. Modelo de estudio: Sistema físico.

LEY CERO Si dos sistemas distintos están en equilibrio termodinámico con un tercero, también tienen que estar en equilibrio entre sí. El equilibrio corresponde a la energía cinética promedio de las partículas que lo componen, es decir la temperatura. Un sistema que interactúa libremente con el ambiente tenderá a equilibrarse con el mismo (igualará las temperaturas).

PRIMERA LEY LEY DE CONSERVACION DE LA ENERGÍA ΔE = Q - W Al agregar calor a un sistema, el cambio de energía del mismo será igual al calor en el sistema menos el trabajo que realice (expansión). El calor queda en el sistema. El trabajo sale hacia el entorno ΔE = Q - W

PRIMERA LEY Al agregar calor a un sistema, el cambio de energía del mismo será igual al calor en el sistema menos el trabajo que realice (expansión) El calor queda en el sistema. El trabajo sale hacia el entorno. ΔE = Q - W

SEGUNDA LEY No es posible para una máquina cíclica llevar continuamente calor de un cuerpo a otro que esté a temperatura más alta. La dirección se puede invertir solamente por medio de gasto de un trabajo. El calor sólo sigue un sentido: La gradiente de temperatura. Por lo tanto, ES POSIBLE CONVERTIR CALOR EN TRABAJO, pero ES IMPOSIBLE CONVERTIR COMPLETAMENTE TRABAJO EN CALOR, sin modificar los alrededores. Todo sistema, por ende, tenderá a perder siempre una parte de su energía como ENTROPÍA (desorden) .

SEGUNDA LEY Maquina Térmica Real Entropía > 0 Maquina Térmica Ideal Refrigerador

SEGUNDA LEY

SEGUNDA LEY A priori, no es posible establecer el grado de entropía que contiene un sistema, sólo se rebela frente a un cambio en el estado de equilibrio del sistema. Lo mismo ocurre con la ENTALPIA (trabajo útil) y con la energía liberada.

SEGUNDA LEY La condición de equilibrio es La condición de espontaneidad es El proceso no es espontáneo cuando:

TERCERA LEY A 0 absoluto, en un sólido cristalino perfecto, la entropía será 0 (no hay desorden). Alcanzar esa temperatura es imposible prácticamente, debido al calor que entra del “mundo exterior.”