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 ο Masa, peso, volumen Propiedades intensivas Son aquellas que no dependen de la cantidad de la materia ο 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 π 1 π= π£= π£ π Densidad relativa o gravedad especifica Relación entre la densidad y una densidad estándar o de referencia π π π’π π‘πππππ π·π = ππππ’π 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 ο Expansión Disminución de volumen ο 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 [π·π → π΅ ππ ] 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 πππ‘π = ππβ Mayor elevación, menor presión Menor altura (Mayor profundidad), mayor presión Presión atm normal o estándar = 760 mm Hg Atmosfera estándar ο Presión Producida Presión Absoluta Presión real en una determinada posición y se mide en relación a un vacío Presión=0 ππππ = ππππ + πππ‘π Presión Manométrica Presión medida con respecto a la presión atmosférica, medida por los manómetros Diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica local ππππ = ππππ − πππ‘π Presión del vacío Presión por debajo de la atmosfera ππ£ππππ = πππ‘π − ππππ 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 π = πππ‘π + ππβ 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 π= πΈ π π²π± ΰ΅€ ࡨ π²π π = π‘ππππ ππππππππ ππ πππππ πππ π’πππππ ππ πππ π π = πππ π ππ π‘ππππ ππππππππ ππ πππππ 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 π‘2 π = β«π‘Χ¬β¬1 π ππ‘ 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 π= πΎ π π²π± ΰ΅€ ࡨ π²π π€ = πππππππ πππ π’πππππ ππ πππ π π = ππ’πππ§π/πππ π‘πππππ 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 π = πΆβπ Calor especifico Capacidad térmica por unidad de masa πΆ≡ π πβπ A mayor calor especifico se requiere más energía agregada a una masa determinada del material para causar un cambio particular de temperatura π = ππβπ Calorimetría Técnica para medir el calor especifico de una muestra, no dejan pasar el calor πππππ = −ππππππππ‘π ππ€ ππ€ ΰ΅«ππ − ππ€ ΰ΅― = −ππ₯ ππ₯ ΰ΅«ππ − ππ₯ ΰ΅― ππ€ ππ€ ΰ΅«ππ − ππ€ ΰ΅― ππ₯ = ππ₯ ΰ΅«ππ₯ − ππ ΰ΅― 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 πΏ≡ π π Calor latente de fusión ο Solido a liquido Calor latente de vaporización ο 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 πΈπππππ‘πππ = ππ£ 2 2 αΎπ½αΏ Energía potencial Energía que posee un cuerpo por su posición y el cuerpo no tiene movimiento πΈπππ‘ππππππ = ππβ αΎπ½ αΏ Energía interna Asociada con el movimiento interno y desordenado de las partículas y moléculas dentro de un cuerpo dado π = βπ β π β πΈπ β πΈπ αΎπ½αΏ Entalpia (H) Energía que puede intercambiar un sistema o cuerpo en su entorno π» = π + ππ αΎπ½αΏ TIPOS DE ENERGÍA Entropía (S) Mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir un trabajo βπ = ΰΆ± βπ π Trabajo Si la presión tiene n área de sección transversal A, la fuerza generada por el gas sobre el pistón F=PA ππ€ = πΉΤ¦ β πΤ¦ → −ππ΄ ππ¦ π΄ππ¦ = ππππππ ππ ππ π£πππ’πππ πππ πππ ππ π£π π€ = ΰΆ± π ππ π£π 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 π = βπ β π β πΈπ β πΈπ αΎπ½αΏ 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 βπΈπππ‘ππππ = π + π αΎ π½ αΏ βπ’ = π2 − π1 βπ + βπ + βπ’ = π + π
