Termodinámica y mecánica estadística.

Presentación del tema: "Termodinámica y mecánica estadística."— Transcripción de la presentación:

1 Termodinámica y mecánica estadística

2 Las leyes de la termodinámica

3 Las leyes de la termodinámica
0. Si dos sistemas termodinámicos están en equilibrio con un tercero, están también en equilibrio entre si El incremento en la energía de un sistema es igual a la cantidad de energía añadida calentando el sistema, menos la cantidad perdida por hacer trabajo sobre los alrededores No hay ningún proceso que, operando en un ciclo, produzca como único efecto la sustracción de una cantidad positiva de calor de un reservorio y la producción de una cantidad igual de trabajo

4 Conceptos termodinámicos
Equilibrio Temperatura Energía interna Calor Variable de estado o termodinámica Ecuación de estado Diferencial inexacta y exacta Entropía

5 Tipos de procesos Proceso isobárico: Ocurre a presión constante
Proceso isocórico: Ocurre a volumen constante Proceso isotérmico: Ocurre a temperatura constante Proceso isentrópico: Ocurre a entropía constante Proceso adiabático: Ocurre sin intercambio de calor Proceso isentálpico: Ocurre a entalpía constante

6 La tercera ley. El cero absoluto

7 El calor específico El calor especifico de una sustancia es la cantidad de energía (calor) que se necesita para elevar un grado la temperatura de una unidad de masa

8 El calor específico a volumen constante
El calor especifico de una sustancia es la cantidad de energía (calor) que se necesita para elevar un grado la temperatura de una unidad de masa cuando el volumen se mantiene constante

9 El calor específico a presión constante
El calor especifico de una sustancia es la cantidad de energía (calor) que se necesita para elevar un grado la temperatura de una unidad de masa cuando la presión se mantiene constante

10 El indice adiabático

11 La termodinámica de un gas ideal clásico

12 El gas ideal clásico Se define un gas ideal como aquel en el que todas las colisiones entre los constituyentes (átomos y moléculas) son perfectamente elásticos y en el cual no hay fuerzas atractivas intermoleculares. Es como un gas de esferas duras sin volumen que solo interaccionan mediante choques perfectamente elásticos. La energía interna es la energía cinética total de las moléculas Todo cambio de energía interna va acompañado de un cambio en la temperatura

13 La ecuación de estado de un gas ideal clásico

14 La ley general de los gases

15 El calor específico de un gas ideal clásico

16 El calor específico de un gas ideal clásico

17 La energía interna de un gas ideal clásico

18 El calor específico de un gas ideal clásico
Monoatómico

19 El calor específico de un gas ideal clásico
Diatómico (2 grados de libertad internos)

20 El indice adiabático de un gas ideal

21 La termodinámica de un gas ideal clásico

22 La termodinámica de un gas ideal clásico

23 La termodinámica de un gas ideal clásico

24 La termodinámica de un gas ideal clásico

25 La termodinámica de un gas ideal clásico

26 La termodinámica de un gas ideal clásico

27 La teoría cinética del gas ideal

28 La teoría cinética La teoría cinética trata de explicar las propiedades de los gases, tales como la presión, la temperatura ó el volumen, considerando su composición molecular y su movimiento

29 La estructura de la materia
Los átomos Hasta antes de 1908 no se había aceptado de manera general la teoría atómica a pesar de: Evidencias químicas Leyes de la química. Dalton et al Pesos moleculares y atómicos Tabla periódica de los elementos Evidencias físicas Teoría cinética de los gases y del calor Electrólisis

30 El movimiento browniano

31 El movimiento browniano

32 El movimiento browniano

33 La estructura de la materia
Los átomos Con la teoría de Einstein, para el movimiento browniano, Perrin (1908) fue capaz de determinar experimentalmente el número de Avogadro A partir de ese momento la teoría atómica de la materia fue universalmente aceptada

34 La teoría cinética del gas ideal
1. Un gas ideal consta de partículas que siguen un movimiento aleatorio y que obedecen las leyes de la mecánica clásica 2. El número total de moléculas es muy grande 3. El volumen ocupado por las moléculas es una fracción muy pequeña del que ocupa el gas 4. La única fuerza que actúa sobre las moléculas es la debida a las colisiones, ya sean con otras moléculas o con las paredes del contenedor 5. Todas las colisiones son elásticas y de muy corta duración

35 La teoría cinética del gas ideal

36 La teoría cinética del gas ideal. La presión

37 La teoría cinética del gas ideal. La presión

38 La teoría cinética del gas ideal. La presión

39 La teoría cinética del gas ideal. La presión

40 La teoría cinética del gas ideal. La presión

41 La teoría cinética del gas ideal. La presión

42 La teoría cinética del gas ideal. La presión

43 La teoría cinética del gas ideal. La presión
Debido al Principio de Pascal, esta es la presión que se ejerce en cualquier punto del gas y en cualquier punto de las paredes del contenedor

44 La teoría cinética del gas ideal. La presión
H 1,920 m/s N 517 m/s O 483 m/s Vapor de agua 645 m/s

45 La teoría cinética del gas ideal. La presión
El haber supuesto que la molécula rebota entre las dos paredes sin chocar con ninguna otra molécula es una simplificación que no tiene consecuencias. Si se realizan cálculos más precisos sale lo mismo. Como los choques son elásticos, las velocidades son al azar y hay muchas moléculas siempre habrá una que remplace a la que choco inicialmente El tiempo de las colisiones es muy pequeño, despreciable

46 La teoría cinética del gas ideal. La presión
La forma del recipiente no importa. Nuevamente el cubo sólo es para simplificar los cálculos En general, se pueden despreciar los efectos gravitacionales. Si la masa y volumen del gas son muy grandes, sí hay que tomarlos en cuenta. El ejemplo más evidente es la atmósfera terrestre

47 La teoría cinética del gas ideal. La temperatura

48 La teoría cinética del gas ideal. La temperatura
La temperatura es directamente proporcional a la energía cinética media de las moléculas del gas

49 La termodinámica de un gas de fotones

50 La termodinámica de un gas de fotones

51 La ley de Stefan y Boltzmann

52 La ley de Stefan y Boltzmann

53 La ley de Stefan y Boltzmann

54 La ley de Stefan y Boltzmann

55 La ley de Stefan y Boltzmann

56 La entropía de un gas de fotones

57 La entropía de un gas de fotones

58 La entropía de un gas de fotones

59 Proceso adiabático de un gas de fotones

60 Proceso adiabático de un gas de fotones

61 La primera ley. La conservación de la energía
El trabajo intercambiado en un proceso adiabático depende únicamente del estado inicial y del estado final y no de los detalles del proceso. Como en un procesos adiabático no se intercambia calor, esto quiere decir que la única energía fluyendo del sistema es trabajo hecho por o sobre el sistema.