1. ¿Qué es termodinámica?
Es una ciencia que estudia la transferencia de calor, trabajo y potencia, los cambios de estado entre
otras.
2. Sistemas termodinámicos
Cantidad de materia o región en el espacio, elegida para su estudio o análisis
3. Frontera de sistema termodinámico
Región que separara el sistema de los alrededores, puede ser real o imaginaria
o Sistema aislado
aquél que no intercambia ni materia ni energía con los alrededores.
o Sistema cerrado
aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores (su masa
permanece constante).
o Sistema abierto
Aquél que intercambia energía y materia con los alrededores.
Propiedades de un sistema
Cualquier característica de un sistema, se llama propiedad como: presión, masa, viscosidad,
temperatura, volumen, conductividad térmica.
Propiedades extensivas
Son aquellas que dependen de la cantidad de la materia  Masa, peso, volumen
Propiedades intensivas
Son aquellas que no dependen de la cantidad de la materia  Densidad, temperatura, dureza,
punto de fusión, ebullición
Densidad, densidad relativa
Densidad
Masa por unidad de volumen y es reciproco de la densidad es el volumen especifico
𝑚
1
𝜌=
𝑣=
𝑣
𝜌
Densidad relativa o gravedad especifica
Relación entre la densidad y una densidad estándar o de referencia
𝜌 𝑠𝑢𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎
𝐷𝑅 =
𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎
Peso especifico
Cantidad de peso por unidad de volumen de la sustancia
Equilibrio
Es un estado de balance, no experimentan cambios de sus alrededores
Equilibrio térmico
El sistema tiene la misma temperatura, es decir, en el sistema no hay diferencia de temperaturas
Equilibrio mecánico
La presión es la misma en todos los puntos, en el sistema no actúan fuerzas
Equilibrio químico
Su composición química no cambia a medida que transcurre el tiempo
Proceso
Cualquier cambio de un estado de equilibrio o serie de estados por los que pasa un sistema en una
trayectoria del proceso
Proceso Isotérmico
Temperatura constante
Proceso Isobárico
Presión constante
Proceso Isocorico o isométrico+
Volumen especifico permanece constante
Aumento de volumen  Expansión
Disminución de volumen  Compresión
Punto triple
Coexisten los tres estados del agua
Equilibrio térmico
Al poner en contacto dos cuerpos con diferentes temperaturas, el que se encuentra con mayor
temperatura cede parte de su energía al de menor temperatura hasta lograr un equilibrio térmico
Equilibrio Termodinámico
Un sistema en equilibrio termodinámico no experimenta cambios al ser aislado de su entorno. En
otras palabras, no se observa ningún cambio de sus propiedades termodinámicas a lo largo del
tiempo.
Ley Cero de la termodinámica
Establece que, cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero, estos están a su vez
en equilibrio térmico entre sí.
Presión [𝑷𝒂 →
𝑵
𝒎𝟐
]
Es la fuerza que ejerce un gas, un líquido o un sólido sobre una superficie.
- Manómetro: Mide la presión de un líquido o un gas contenidos en un envase tubo en U
- Barómetro: Mide la presión atmosférica
- Vacuómetro: Mide el vacío
Presión Atmosférica
Presión ejercida por el aire
𝑃𝑎𝑡𝑚 = 𝜌𝑔ℎ
Mayor elevación, menor presión
Menor altura (Mayor profundidad), mayor presión
Presión atm normal o estándar = 760 mm Hg
Atmosfera estándar  Presión Producida
Presión Absoluta
Presión real en una determinada posición y se mide en relación a un vacío Presión=0
𝑃𝑎𝑏𝑠 = 𝑃𝑚𝑎𝑛 + 𝑃𝑎𝑡𝑚
Presión Manométrica
Presión medida con respecto a la presión atmosférica, medida por los manómetros
Diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica local
𝑃𝑚𝑎𝑛 = 𝑃𝑎𝑏𝑠 − 𝑃𝑎𝑡𝑚
Presión del vacío
Presión por debajo de la atmosfera
𝑃𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 − 𝑃𝑎𝑏𝑠
Variación de presión
La presión incrementa con la profundidad
La presión de un líquido se incrementa de forma lineal con la profundidad desde la superficie libre
PRINCIPIO DE PASCAL
La presión de un fluido permanece constante en la dirección horizontal
𝑃 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 + 𝜌𝑔ℎ
Transferencia de Calor
La energía puede cruzar la frontera de un sistema cerrado en dos formar distintas: Calor y trabajo
Calor
Forma de calor que se transfiere entre 2 sistemas o entre un sistema y el exterior debido a una
diferencia de temperatura
La energía se reconoce como transferencia de calor solo cuando cruza las fronteras del sistema
𝒒=
𝑸
𝒎
𝑲𝑱
൤ ൨
𝑲𝒈
𝑞 = 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑠𝑎
𝑄 = 𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟
Proceso adiabático
No hay transferencia de calor y el trabajo puede cambiar el contenido de energía
Proceso diatérmico
En este proceso se deja pasar el calor
Tasa de transferencia de calor
Cantidad de calor transferido por unidad de tiempo
𝑡2
𝑄 = ‫𝑡׬‬1 𝑄 𝑑𝑡
Teoría cinética
Considera las moléculas como diminutas esferas que se encuentran en movimiento y por lo tanto
poseen energía cinética
Considera al calor como la energía relacionada con el movimiento aleatorio de átomos y moléculas
Teoría calórico
Considera el calor como una sustancia llamada calórico similar a un fluido que no tiene masa
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
-
Conducción: Transferencia de energía de las partículas más energéticas a las adyacentes
menos energéticas
- Convección: Transferencia de energía entre una superficie sólida y un fluido
- Radiación: Transferencia de energía debida a la emisión de ondas electromagnéticas
Transferencia de energía por trabajo
El trabajo es la transferencia de energía relacionada con una fuerza que actúa a lo largo de una
distancia
El trabajo realizado por unidad de tiempo se llama Potencia
𝒘=
𝑾
𝒎
𝑲𝑱
൤ ൨
𝑲𝒈
𝑤 = 𝑇𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑠𝑎
𝑊 = 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎/𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎
Unidades de calor
Caloría (cal)
Cantidad de transferencia de energía necesaria para elevar la temperatura
1 g de agua de 14.5 °C a 15.5 °C
Unidad térmica británica (Btu)
Cantidad de transferencia de energía necesaria para elevar la temperatura
1 lb de agua de 63 °F a 64 °F
Capacidad térmica
Cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de dicha muestra en 1 °C
𝑄 = 𝐶∆𝑇
Calor especifico
Capacidad térmica por unidad de masa
𝐶≡
𝑄
𝑚∆𝑇
A mayor calor especifico se requiere más energía agregada a una masa determinada del material
para causar un cambio particular de temperatura
𝑄 = 𝑚𝑐∆𝑇
Calorimetría
Técnica para medir el calor especifico de una muestra, no dejan pasar el calor
𝑄𝑓𝑟𝑖𝑜 = −𝑄𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒
𝑚𝑤 𝑐𝑤 ൫𝑇𝑓 − 𝑇𝑤 ൯ = −𝑚𝑥 𝑐𝑥 ൫𝑇𝑓 − 𝑇𝑥 ൯
𝑚𝑤 𝑐𝑤 ൫𝑇𝑓 − 𝑇𝑤 ൯
𝑐𝑥 =
𝑚𝑥 ൫𝑇𝑥 − 𝑇𝑓 ൯
Cambio de fusión: característica física de la sustancia de cambiar de una forma a otra
Calor latente
Cantidad de energía necesaria para cambiar la fase de una masa de una sustancia
𝐿≡
𝑄
𝑚
Calor latente de fusión  Solido a liquido
Calor latente de vaporización  Líquido a gas
Calor sensible
Aquel que podemos sentir o descubrir con nuestros sentidos
Energía
Es inherente a la materia y está asociado al concepto de fuerza y trabajo
Energía cinética
Se produce por el movimiento de los cuerpos
1
𝐸𝑐𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 = 𝑚𝑣 2
2
ሾ𝐽ሿ
Energía potencial
Energía que posee un cuerpo por su posición y el cuerpo no tiene movimiento
𝐸𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝑚𝑔ℎ
ሾ𝐽 ሿ
Energía interna
Asociada con el movimiento interno y desordenado de las partículas y moléculas dentro de un
cuerpo dado
𝑈 = ∓𝑄 ∓ 𝑊 ∓ 𝐸𝑐 ∓ 𝐸𝑝
ሾ𝐽ሿ
Entalpia (H)
Energía que puede intercambiar un sistema o cuerpo en su entorno
𝐻 = 𝑈 + 𝑃𝑉
ሾ𝐽ሿ
TIPOS DE ENERGÍA
Entropía (S)
Mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir un trabajo
∆𝑆 = න
∆𝑄
𝑇
Trabajo
Si la presión tiene n área de sección transversal A, la fuerza generada por el gas sobre el pistón
F=PA
𝑑𝑤 = 𝐹Ԧ ∙ 𝑑Ԧ
→
−𝑃𝐴 𝑑𝑦
𝐴𝑑𝑦 = 𝑐𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑔𝑎𝑠 𝑑𝑉
𝑣𝑓
𝑤 = න 𝑃 𝑑𝑉
𝑣𝑖
Q (-)
W (+)
Sistema
Q (+)
W (-)
Trabajo realizado en el sistema (-)
Trabajo realizado por el sistema (+)
Energía interna
Es la energía asociada con el movimiento interno y desordenado de las partículas y moléculas dentro
de un cuerpo
𝑈 = ∓𝑄 ∓ 𝑊 ∓ 𝐸𝑐 ∓ 𝐸𝑝
ሾ𝐽ሿ
Transferencia de energía por calor
El calor y trabajo son cantidades direccionales y la descripción de sus interacciones requieren
especificaciones
La energía interna del sistema permanece constante
∆𝐸𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎 = 𝑄 + 𝑊 ሾ 𝐽 ሿ
∆𝑢 = 𝑈2 − 𝑈1
∆𝑐 + ∆𝑝 + ∆𝑢 = 𝑄 + 𝑊