Termodinámica

Termodinámica

Estudio de la energía, sus formas y transformaciones, así como sus interacciones con la materia
Tema de la física que estudia los procesos en los que se transfiere energía como calor y trabajo
Estudio de la termodinámica mediante el Universo
1. Que esta compuesto por: entorno, sistema y el sistema protegido por pared o frontera
  1. Paredes
    1. Rígida, móvil, adiabática, diatérmica, semipermeable, permeable, impermeable
  2. Estados en equilibrio
    1. Equilibrio térmico: temperatura constante en todos los puntos del sistema
    2. Equilibrio mecánico: todas las fuerzas están equilibradas
    3. Equilibrio material: no hay cambios globales en la composición del sistema, ni transferencia de materia.
Conceptos Básicos
1. Propiedad intensivas, son independientes de la masa de un sistema: temperatura, presión, densidad.
2. Propiedades extensivas, sus valores dependen del tamaño o extensión del sistema: volumen, masa, peso, cantidad de sustancia, energía,entropía, entalpía, etc
3. Presión
  1. Atmosférica: presión ejercida por el aire en cualquier lugar de la atmósfera
  2. Presión Manométrica: cuando se mide con respeto a la presión atmosférica
  3. Absoluta: cuando la presión se mide en relación a un vacío perfecto
  4. Presión de vacío: la presión por debajo de la presión atmosférica
4. Temperatura
  1. Es la medida de calor o la energía térmica de las partículas en una sustancia
  2. Escalas de la magnitud: Celsisus (C), Farenheit (F), Rankine (R) y kelvin (K)
Cualquier cambio de un estado de equilibrio a otro experimentado por un sistema es un proceso
1. Proceso Reversible: es posible restablecer las condiciones iniciales del sistema
2. Proceso irreversible: no es posible restablecer las condiciones iniciales del sistema
3. Proceso Isobárico: presión constante
4. Proceso isométrico: volumen constante
5. Proceso isotérmico: temperatura constante
6. Proceso adiabático: no hay transferencia de calor
7. Cuasi equilibrio: el sistema se considera en equilibrio en cualquier parte del sistema
Leyes de la termodinámica
1. Ley cero: "Cuando dos cuerpos aislados del medio circundante están en equilibrio con un tercero, estarán en equilibrio térmico entre sí."
  1. Si A esta en equilibrio con B, y B en equilibrio con C, C estará en equilibrio con A.
2. Primera Ley: conservación de la engría, "La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma."
  1. La energía cruza las fronteras de un sistema en dos formas distintas: calor y trabajo
    1. Calor: energía que se transfiere entre un sistema y sus alrededores durante un cambio de estado como resultado de un cambio de temperatura
      1. Se transfiere en distintas formas: Convección, conducción y radiación.
        Es positivo si el calor se retira del medio y entra en el sistema
        Es negativo si el calor se retira del sistema y entra en el medio.
      2. Calores específicos: energía requerida para elevar la temperatura de una masa unitaria de una sustancia.
        Calor específico a volumen constante, se usa cuando el volumen es constante.
        Calor específico a presión constante, se usa cuando la presión es constante.
        Para sólidos y líquidos los calores específicos a presión y volumen constante, son iguales. DU = C(t)Dt y h=u+Pv
        Para gases ideales los cambios de energía interna y entalpía se calculan de diferentes formas.
        Usando datos tabulados de u y h (requiere de tablas).
        Emplear las relaciones de Cv o Cp como función de temperatura y efectuar las integrales.
        Utilizar los calores específicos promedios.
    2. Trabajo: transferencia de energía asociada con una fuerza que actúa a lo largo de una distancia.
      1. Cuando el sistema realiza trabajo sobre el entorno es negativo
      2. Cuando el entorno realiza trabajo sobre el sistema es positivo.
      3. Tipos de trabajo
        Frontera móvil: Expansión y compresión
        Gravitacional: Ejercido por un campo gravitacional.
        Aceleración: Cambio de velocidad del sistema.
        De eje/flecha: Transmisión de energía mediante un eje rotatorio.
        Resorte: cuando una fuerza se aplica en un resorte, la longitud cambia
  2. Balance de energía
    1. Energía total como Q y W que entran menos Q y W que salen es igual al cambio de energía total.
      1. En un sistema en reposo y en ausencia de campos externos la energía cinética y potencial son igual a 0.
        Por lo tanto en la primera ley, el cambio de energía interna (DU) es igual a Q + W
        DU=Q si no se realiza trabajo
        DU=W si no hay transferencia de calor
        U aumenta si se realiza trabajo sobre el sistema.
        U disminuye si el sistema realiza trabajo
        U se encuentra en función de la temperatura

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