TermodinámicaTermodinámica

integrantes del equipointegrantes del equipo

Sergio Díaz MaldonadoSergio Díaz Maldonado

José Ornelas MaldonadoJosé Ornelas Maldonado

Termodinámica Termodinámica La La termodinámicatermodinámica es una rama de la física es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la que estudia los efectos de los cambios de la temperaturatemperatura, , presiónpresión y y volumenvolumen de los de los sistemas físicossistemas físicos a un nivel macroscópico. Para a un nivel macroscópico. Para tener un mayor manejo especificaremos que tener un mayor manejo especificaremos que calorcalor significa "energía en tránsito" y dinámica significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapormáquinas de vapor..

El punto de partida para la mayor parte de El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas son las consideraciones termodinámicas son las leyes de la termodinámica, que las leyes de la termodinámica, que postulan que la energía puede ser postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas físicos en intercambiada entre sistemas físicos en forma de calor o forma de calor o trabajotrabajo..

También se postula la existencia de una También se postula la existencia de una magnitud llamada magnitud llamada entropíaentropía, que puede ser , que puede ser definida para cualquier sistema.definida para cualquier sistema.

En la termodinámica se estudian y clasifican las En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas, lo que interacciones entre diversos sistemas, lo que lleva a definir conceptos como lleva a definir conceptos como sistema termodinámicosistema termodinámico y su contorno. Un y su contorno. Un sistema termodinámico se caracteriza por sus sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estadoecuaciones de estado. Éstas se pueden . Éstas se pueden combinar para expresar la combinar para expresar la energía internaenergía interna y los y los potenciales termodinámicospotenciales termodinámicos, útiles para , útiles para determinar las condiciones de equilibrio entre determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas y los procesos espontáneos.sistemas y los procesos espontáneos.

Primera ley de la termodinámicaPrimera ley de la termodinámica

También conocida como También conocida como principioprincipio de de conservación de la energíaconservación de la energía para la para la termodinámicatermodinámica, establece que si se realiza , establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna.las diferencias entre trabajo y energía interna.

Fue propuesta por Fue propuesta por NicolasNicolas LéonardLéonard SadiSadi CarnotCarnot en en 18241824, en su obra , en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potenciaesta potencia, en la que expuso los dos primeros , en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada por tarde fue utilizada por RudolfRudolf ClausiusClausius y y Lord KelvinLord Kelvin para para formular, de una manera matemática, las bases de la formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.termodinámica.La ecuación general de la conservación de la energía es La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:la siguiente:

Eentra − Esale = ΔEsistema

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:

Convección en un abanicoConvección en un abanicoMaterial que necesitas para llevar a cabo el experimento Material que necesitas para llevar a cabo el experimento Unas alas de abanico Unas alas de abanico Botella Botella Algo con que sostener el abanico en la boquilla del abanico. Algo con que sostener el abanico en la boquilla del abanico. Vela Vela

Procedimiento a seguirProcedimiento a seguir1.Colocar, balancear el abanico en la boquilla de la botella1.Colocar, balancear el abanico en la boquilla de la botella2. Prender la vela y colocarla debajo de las alas del abanico.2. Prender la vela y colocarla debajo de las alas del abanico.3.Esperar a que el abanico empiece a dar vueltas.3.Esperar a que el abanico empiece a dar vueltas.

Segunda ley de la termodinámica Segunda ley de la termodinámica

Esta ley regula la dirección en la que deben Esta ley regula la dirección en la que deben llevarse a cabo los llevarse a cabo los procesos termodinámicosprocesos termodinámicos y, y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, La Segunda ley impone esta forma, La Segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. teniendo en cuenta sólo el Primer Principio.

Esta ley apoya todo su contenido aceptando la Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada existencia de una magnitud física llamada entropíaentropía tal que, para un sistema aislado (que tal que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.debe ser mayor que cero.Debido a esta ley también se tiene que el flujo Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio termico.equilibrio termico.Existen numerosos enunciados equivalentes Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio, destacándose el de para definir este principio, destacándose el de Clausius y el de KelvinClausius y el de Kelvin

Enunciado de Kelvin Enunciado de Kelvin No existe ningún dispositivo que, operando por No existe ningún dispositivo que, operando por ciclosciclos, ,

absorba calor de una única fuente y lo convierta absorba calor de una única fuente y lo convierta íntegramente en trabajo. Eíntegramente en trabajo. E

Otra interpretación Otra interpretación Es imposible construir una máquina térmica cíclica que Es imposible construir una máquina térmica cíclica que

transforme calor en trabajo sin aumentar la energía transforme calor en trabajo sin aumentar la energía termodinámica del ambiente. Debido a esto podemos termodinámica del ambiente. Debido a esto podemos concluir que el rendimiento energético de una máquina concluir que el rendimiento energético de una máquina térmica cíclica que convierte calor en trabajo siempre térmica cíclica que convierte calor en trabajo siempre será menor a la unidad y ésta estará más próxima a la será menor a la unidad y ésta estará más próxima a la unidad cuanto mayor sea el rendimiento energético de la unidad cuanto mayor sea el rendimiento energético de la misma. Es decir, mientras mayor sea el rendimiento misma. Es decir, mientras mayor sea el rendimiento energético de una máquina térmica, menor será el energético de una máquina térmica, menor será el impacto en el ambiente, y viceversa.impacto en el ambiente, y viceversa.

Tercera ley de la termodinámica Tercera ley de la termodinámica

La Tercera de las leyes de la termodinámica, La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesto por propuesto por WaltherWalther NernstNernst, afirma que es , afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al imposible alcanzar una temperatura igual al cero absolutocero absoluto mediante un número finito de mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción exigida por la Termodinámica No es una noción exigida por la Termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado clásica, así que es probablemente inapropiado tratarlo de “ley”.tratarlo de “ley”.

Es importante recordar que los principios o leyes Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica son sólo generalizaciones de la Termodinámica son sólo generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas estadísticas, válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel macroscópicos, pero inaplicables a nivel cuántico. El cuántico. El demonio de Maxwelldemonio de Maxwell ejemplifica ejemplifica cómo puede concebirse un sistema cuántico cómo puede concebirse un sistema cuántico que rompa las leyes de la Termodinámica.que rompa las leyes de la Termodinámica.

Asimismo, cabe destacar que el primer principio, Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía, es la más el de conservación de la energía, es la más sólida y universal de las leyes de la naturaleza sólida y universal de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por la ciencias.descubiertas hasta ahora por la ciencias.

Ley cero de la termodinámica Ley cero de la termodinámica

El El equilibrio termodinámicoequilibrio termodinámico de un sistema se de un sistema se define como la condición del mismo en el cual define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir un las variables empíricas usadas para definir un estado del sistema (presión, volumen, campo estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, entre otras) no son lineal, tensión superficial, entre otras) no son dependientes del tiempo. A dichas variables dependientes del tiempo. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se les empíricas (experimentales) de un sistema se les conoce como conoce como coordenadas termodinámicascoordenadas termodinámicas del del sistema.sistema.

A este principio se le llama del equilibrio A este principio se le llama del equilibrio termodinámico. Si dos sistemas A y B termodinámico. Si dos sistemas A y B están en equilibrio termodinámico, y B están en equilibrio termodinámico, y B está en equilibrio termodinámico con un está en equilibrio termodinámico con un tercer sistema C, entonces A y C están a tercer sistema C, entonces A y C están a su vez en equilibrio termodinámico. Este su vez en equilibrio termodinámico. Este principio es fundamental, aun siendo principio es fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibe la posición 0.recibe la posición 0.