1. Conc Concep epto to de term termod odin inám ámic icaa La termo termodin dinámi ámica, ca, térmi término no griego griego que signi signific ficaa “termo “termo”= ”= calor calor,, forma forma de enrgía enrgía en movimiento capaz de efectuar un traa!o" # dinámica = movimiento, es una rama de la ciencia $ísica, e%perimental, que relaciona la energía mecánica # la térmica con el traa!o e%terno realizado por un sistema, considerando como sistema una porci&n del universo e%terior su!eto a estudio. 'l o!eto de estudio de la termodinámica es la energía que circula # es capaz de generar movimiento. Los camios que constitu#e su o!eto de estudio son la temperatura, el volumen # la presi&n, el potencial químico, la imanaci&n # la fuerza fuerza electromotriz. Los primeros estudios en esta materia tuvieron como o!etivo me!orar la eficacia de las máquinas a vapor. La termodinámica se ocupa del traa!o e%terno que realiza un sistema termodinámico al e!ercer una fuerza sore el e%terior produciendo un desplazamiento. (or e!emplo, en un motor de e%plosi&n la mezcla de gasolina # aire contenida en un cilindro, forman un sistema termodinámico. Los principios que rigen la termodinámica son) (rincipio Cero) *i dos sistemas diferentes se +allan en equilirio con respecto a un tercero, tamién deen estar equilirados entre ellos. (rimer principio) *i un sistema se +alla aislado del medio e%terno, sin poder intercamiar con él, energía, su contenido energético dee mantenerse inalterale. (or lo tanto si desaparece cierta cantidad de energía de una naturaleza dee aparecer otra de otra clase. o e%iste un sistema capaz de entregar traa!o al e%terior sin reciir de él calor. 's el llamado principio de conservaci&n de la energía. *egundo principio) 's imposile que en forma espontánea pueda circular calor de un cuerpo frío a otro de ma#or temperatura. -.
Aplicaciones de la Primera Ley [editar ]
3.
Sistemas cerrados
Un sistema cerrado es uno que no tiene intercambio de masa con el resto del universo termodinámico. También También es conocido como masa de control. control. El sistema cerrado puede tener interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, así como puede realizar trabajo trabajo a a través de su rontera. !a ecuaci"n #eneral para un sistema cerrado $despreciando ener#ía cinética y potencial y teniendo en cuenta el criterio de si#nos termodinámico% termodinámico % es& donde Q es la cantidad total de transerencia de calor 'acia o desde el sistema, W es es el trabajo total e incluye trabajo eléctrico, mecánico y de rontera( y U es es la ener#ía interna del sistema. Sistemas abiertos
Un sistema abierto es aquel que tiene entrada y)o salida de masa, así como interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, también puede realizar trabajo de rontera. !a ecuaci"n #eneral para un sistema abierto en un intervalo de tiempo es&
* i#ualmente( donde( in representa todas las entradas de masa al sistema. out representa todas las salidas de masa desde el sistema.
es la ener#ía por unidad de masa del lujo y comprende la entalpía, ener#ía potencial y ener#ía cinética& !a ener#ía del sistema es& !a variaci"n de ener#ía del sistema en el intervalo de tiempo considerado $entre t 0 y t % es& Sistemas abiertos en estado estacionario
El balance de ener#ía se simpliica considerablemente para sistemas en estado estacionario $también conocido como estado estable%. En estado estacionario se tiene , por lo que el balance de ener#ía queda& Sistema aislado
Es aquel sistema en el cual no 'ay intercambio ni de masa ni de ener#ía con el e+terior.
'$//C/0 ' */*'23.
4n sistema es una cantidad de materia o una regi&n en el espacio elegida para el estudio . la masa o regi&n fuera del sistema recie el nomre de alrededores. la superficie real o imaginaria que separa al sistema se llama frontera.
/(0* ' */*'23* ) *istema aislado es el sistema que no puede intercamiar materia ni energía con su entorno. *istema cerrado es el sistema que s&lo puede intercamiar energía con su entorno, pero no materia. *istema aierto es el sistema que puede intercamiar materia # energía con su entorno.
*/*'23 35/'60 *istema aierto de control es una regi&n seleccionada en el espacio que por lo com7n encierra un dispositivo que comprende un flu!o de masa como un compresor, una turina entre otros.
tanto la masa como la energía pueden cruzar la frontera de un volumen de control la cual se denomina superficie de control. se requiere determinar cuanto calor se dee transferir a el agua para que esta en el tanque suministre un flu!o permanente de agua caliente. puesto que la salida caliente del tanque # sera sustituida por agua fría no conviene elegir una masa fría, como sistema para el análisis en su lugar es posile concentrarse en el volumen formado por las superficie. interiores del tanque # considerar los flu!os de agua caliente # fría como la masa que sale # entra al volumen de control en este caso la superficie interna del tanque forma la superficie de control # masa cruza la superficie de control en dos posiciones. las relaciones termodinámicas aplicales a sistema cerrado # aierto son diferentes en consecuencia es mu# importante reconocer el tipo de sistema antes de empezar con el análisis. 4n sistema aierto es aquel que recie energía desde el e%terior # por ende consta de un flu!o continuo que le permite generar traa!o en forma permanente, a una tasa un poco menor que la cantidad de energía que el sistema recie, 8en funci&n de la eficiencia de conversi&n9.
'!emplos de sistemas aiertos, el motor de un auto 8necesita gasolina9, la tierra 8necesita de la luz # calor del *ol9, un vela quemando se. La ma#oría de los sistemas son aiertos. */*'23 C'6630 0 23*3 ' C060L
consiste en una cantidad fi!a de masa que de ella puede cruzar su frontera , ninguna masa puede encontrar o aandonar un sistema cerrado pero la energía en forma de calor o traa!o puede cruzar la frontera # el volumen de un sistema cerrado no tiene que ser fi!o.
4n sistema cerrado es aquel que solo utiliza sus propios recursos. 'n un sistema cerrado solo se puede generar traa!o, a costa de las in+omogeneidades del sistema. 4na vez consumida las concentraciones el sistema llega al punto medio, con entropía má%ima, # #a no se puede otener traa!o 7til.
'!emplos de sistemas cerrados) una olla a presi&n que no permita el escape de gases, en el laoratorio un reactor. */*'23 3/*L30 la energía no puede entrar ni salir , no cruza la frontera sistema ideal . *istema aislado) es un sistema ideal, no e%iste en su perfecci&n,
el e!emplolo de un sistema aislado ) más usual es el termo, aquel sistema cu#o intercamio de energía con el medio es despreciale en el tiempo en que se estudia el sistema. 3:L/*/* ' */*'23* 35/'60* ; C'6630*
1.(ara los intercamios de calor vamos a traa!ar la letra < # para el traa!o con la letra , del sistema con el medio e%terior adoptando los siguientes criterios)
1.*i el sistema asorve calor < > ? -.*i el sistema cede calor
<@?
A.*i el sistema recie traa!o > ? B.*i el sistema realiza traa!o @ ?
-.
1. un #unque se golpea con un martillo # luego se enfria.
< @? ,@ ?
-.C0- de una arra rigida se calienta aumentando su temperatura # presion. < > ?, @ ? A.una mezcla de +idrogeno # o%igeno en un cilindro de paredes adiaaticas 8no asorve ni entrega energia9e%plota por una accion de una c+ispa # el emolo se desplaza con aumento de volumen . > ?, < = ? B.un muelle metalico se comprime ruscamente. < = ? , @ ?. B. 'l equilirio térmico es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en sus condiciones iniciales presentaan diferentes temperaturas. 4na vez que las temperaturas se equiparan se suspende el flu!o de calor, llegando amos cuerpos al mencionado equilirio término. 'l de equilirio térmico es un concepto que forma parte de la termodinámica, la rama de la física que se ocupa de descriir los estados de equilirio a un nivel macrosc&pico. Cuando dos sistemas se encuentran en contacto mecánico directo, o en su defecto, separados mediante una superficie que facilita la transferencia de calor, superficie diatérmica, se dirá que amos están en contacto térmico. 2ientras tanto, al cao de un tiempo, aunque los dos sistemas que se +allan en contacto térmico se encuentren dispuestos de tal manera que no puedan mezclarse o aunque estén colocados en el interior de un espacio en el cual es imposile que intercamien calor con el e%terior, indefectilemente, alcanzarán el estado de equilirio térmico.
3 un nivel macrosc&pico, la situaci&n de dos sistemas en contacto térmico podrá interpretarse porque las partículas de la superficie de interface de los dos sistemas son capaces de interactuar entre sí" lo que se verá es que las partículas del sistema que ostenta una ma#or temperatura le transferirán parte de su energía a las partículas del otro sistema que oserva una menor temperatura. La mencionada interacci&n +ará que las partículas de amos sistemas logren la misma energía # por tanto la misma temperatura. (ara poder conocer la temperatura que presenta un cuerpo o sustancia se emplea el dispositivo del term&metro. Cuando el term&metro entra en contacto térmico con el cuerpo en cuesti&n amos alcanzarán el equilirio térmico # entonces al encontrase en la misma temperatura, saremos que la temperatura que nos indicará el term&metro en su índice será la temperatura del cuerpo que nos ocupa.
'l equilirio térmico es el +ec+o de que dos sistemas en contacto tengan una temperatura uniforme. 4n e!emplo claro de esta circunstancia son dos cuerpos que en contacto llegan a alcanzar una misma temperatura. 'l equilirio térmico es un tipo de estado al que tienden los sistemas en contacto entre sí, circunstancia que podemos comprender en uena medida gracias a los postulados de la termodinámica. 's de importancia para entender el funcionamiento de diversos procesos de la naturaleza, como asimismo para entender determinadas formas de pérdida de energía por parte de maquinarias" en este sentido, cae recordar que la termodinámica dee su desarrollo en uena medida al estudio de maneras para lograr eficiencia de máquinas en el conte%to de la revoluci&n industrial.
Cuando un cuerpo está caliente es fácilmente reconocile por nuestros sentidos. o ostante, es difícil en ocasiones e%plicar de modo astracto la raz&n de tal circunstancia, es decir, estalecer qué tipo de proceso se mantiene en el interior del mismo para que se alcance ese estado de cosas. La respuesta a este interrogante es movimiento. 'n efecto, por más contra intuitivo que parezca, el calor es una e%presi&n de la energía cinética. Cuando un cuerpo se calienta, las partículas que lo componen comienzan a moverse a ma#or velocidad" mientras más caliente esté el mismo, sus partículas tendrán más velocidad. (or supuesto, dic+o proceso dista de ser oservale, es ante todo un fen&meno microsc&pico.
3sumiendo este movimiento microsc&pico de partículas, es necesario plantearse qué es lo que sucede cuando dos sistemas, esto es, dos agrupaciones de partículas, se ponen en contacto. *i el movimiento de las partículas es el mismo 8cosa improale9 el sistema #a estará en equilirio. *i, por el contrario, los dos sistemas tienen partículas moviéndose a distintas velocidades, las que se
mueven a una velocidad inferior tenderán a acelerarse, # las que se mueven a velocidad superior tenderán a volverse más lentas" en otras palaras, tenderán al equilirio.
'l proceso descrito dee visualizarse teniendo en cuenta procesos del mundo que podemos e%perimentar mediante los sentidos. *i golpeamos una ola quieta con otra en movimiento, moveremos la quieta # quitaremos velocidad a la que se mueve. 'n este orden de cosas, es tamién oservale que amos estados tienden a coincidir. 'n el caso de dos o!etos, el caliente pasará su calor al más frio +asta que amos lleguen a un equilirio que los lleve a e%presar la misma temperatura.