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 La termodinámica Estrictamente hablando se entiende por TERMODINÁMICA la parte de la física que estudia los procesos en los cuales los sistemas intercambian energía o materia cuando están en “equilibrio”. El intercambio se realiza mediante procesos “cuasiestáticos”, es decir, procesos “infinitamente lentos”

4 La termodinámica Termodinámica en equilibrio Termodinámica clásica
Termodinámica estadística Termodinámica fuera del equilibrio Termodinámica cercana al equilibrio Termodinámica muy lejos del equilibrio

5 Termodinámica clásica
La termodinámica Termodinámica clásica en equilibrio

6 La temperatura La temperatura es la propiedad física de los sistemas que precisa y cuantifica nuestras nociones de caliente y frío Los materiales más calientes tienen mayor temperatura La temperatura es una medida de la energía cinética media de los constituyentes de una muestra de materia

7 La ley cero. El equilibrio termodinámico
Si los sistemas A y B están en equilibrio termodinámico, y los sistemas B y C están en equilibrio termodinámico, entonces los sistemas A y C están también en equilibrio termodinámico

8 La ley cero. El equilibrio termodinámico
Si los sistemas A y B están en equilibrio termodinámico, y los sistemas B y C están en equilibrio termodinámico, entonces los sistemas A y C están también en equilibrio termodinámico

9 La energía interna La energía interna de un sistema es la energía cinética total debida al movimiento de sus moléculas (de sus constituyentes) y la energía potencial asociada con la vibración y energía electromagnética de los átomos que constituyen las moléculas o los cristales.

10 La energía interna En termodinámica, la energía interna de un sistema se expresa en términos de pares de variables conjugadas, tales como la presión y el volumen, la temperatura y la entropía, el campo magnético y la magnetización.

11 El calor es el flujo de energía.
El concepto de calor Es la energía intercambiada entre dos sistemas cuando no se encuentran en equilibrio. El calor es el flujo de energía. Los cuerpos no tienen “calor”, en realidad tienen energía interna.

12 Un proceso es adiabático cuando el sistema ni gana ni pierde calor.
Procesos adiabáticos Un proceso es adiabático cuando el sistema ni gana ni pierde calor. Es un proceso en el cual el sistema no intercambia calor. Es un proceso en el cual no cambia la energía interna. Expansión adiabática de un gas en un cilindro con una presión alta

13 Las variables de estado o termodinámicas
Una variable de estado es una cantidad física que puede ser medida con toda precisión y que caracteriza el estado del sistema, independientemente de cómo el sistema llegó a él. Desde luego que dichas variables de estado deben ser univaluadas y deben ser diferenciales exactas La temperatura, la presión y el volumen son variables de estado. Otros ejemplos de variables de estado: La energía interna La entropía La energía libre de Helmholtz La energía libre de Gibbs

14 Ecuación de estado Una ecuación de estado es una relación, entre dos o más cantidades físicas, que describe el estado de la materia bajo un conjunto de condiciones físicas Proporciona una relación matemática entre dos o más variables de estado asociadas con la materia La ecuación de estado define a un sistema termodinámico

15 La ecuación de estado de un gas ideal clásico

16 Matemática

17 Diferenciales exactas e inexactas
Termodinámica y estadística. Volumen 2. Propiedades térmica de la materia. W. Kauzmann. Editorial Reverté. Página 11 Introducción a la termodinámica clásica. L. García Colín. Trillas. Página 45

18 Diferenciales exactas e inexactas

19 Diferenciales exactas e inexactas

20 Diferenciales exactas e inexactas

21 Diferenciales exactas e inexactas

22 Diferenciales exactas e inexactas

23 Diferenciales exactas e inexactas

24 Las variables de estado
Las variables de estado deben ser diferenciales exactas

25 Trabajo efectuado por un gas
Calor y termodinámica. Zemansky. Aguilar. Página 50

26 Trabajo efectuado en la expansión ó compresión
isotérmica cuasi-estática de una gas perfecto Calor y termodinámica. Zemansky. Aguilar. Página 50

27 Trabajo efectuado en la expansión ó compresión
isotérmica cuasi-estática de una gas perfecto Calor y termodinámica. Zemansky. Aguilar. Página 50

28 Trabajo efectuado por o sobre un sistema

29 Trabajo efectuado por o sobre un sistema
El trabajo ejecutado o absorbido por un sistema no es una diferencial exacta

30 Trabajo efectuado por o sobre un sistema
El trabajo ejecutado o absorbido por un sistema no es una diferencial exacta

31 Trabajo efectuado por o sobre un sistema
El trabajo ejecutado o absorbido por un sistema no es una diferencial exacta

32 La primera ley. La conservación de la energía
El incremento en la energía de un sistema es igual a la cantidad de energía añadida calentándolo, menos la cantidad de energía perdida por el trabajo hecho por el sistema en sus alrededores

33 La primera ley. La conservación de la energía
El cambio en la energía interna de un sistema es igual al calor añadido al sistema menos el trabajo realizado por el sistema

34 La primera ley. La conservación de la energía

35 La primera ley. La conservación de la energía

36 La entropía (Rudolf Clausius, 1865)

37 La entropía Es una medida de la cantidad de energía que no está disponible para efectuar trabajo Es una medida del desorden del sistema Es una medida de la multiplicidad del sistema

38 La segunda ley. La entropía
Es imposible encontrar un proceso que, operando en un ciclo, no produce ningún otro efecto que la sustracción de una cantidad positiva de calor de un reservorio y la producción de una cantidad igual de trabajo (Formulación de Kelvin y Planck)

39 La segunda ley. La entropía
El calor “no fluira” de manera espontanea de un objeto frío a uno caliente Cualquier sistema libre de toda influencia externa se vuelve más desordenado con el tiempo. El desorden se puede expresar en términos de la cantidad llamada entropía No se puede crear una maquina calorífica que extraiga calor y que lo convierta en su totalidad en trabajo útil

40 La segunda ley. La entropía

41 La segunda ley. La entropía