MONOGRAFÍA SOBRE LEYES DE LA TERMODINÁMICA

FACULTAD DE MEDICINA HUMANA Y CIENCIAS DE LA SALUD ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE TECNOLOGÍA MÉDICA

BIOLOGÍA GENERAL

MONOGRAFÍA SOBRE LEYES DE LA TERMODINÁMICA PROFESORA: PROFESORA: YULI AGUILAR ALUMNAS: LOZADA PINTO, DANIELA GRUPO: 6 GRUPO: 6

AREQUIPA AREQUIPA – PERÚ 2014

Leyes de la Termodinámica

Páina !

INDICE INTRODUCCIÓN____________________________________________________3 TERMODINÁMICA__________________________________________________4 1. Si!"#$ T"%#&'i()#i*&:++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++4 2. E,-ii/%i& !"%#&'i()#i*&:+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ . $%i$/" !"%#&'i()#i*$+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++3

LEYES DE LA TERMODINÁMICA____________________________________7 I.

LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA++++++++++++++++++++++++++++++++

II. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA. 5LEY DE LA CONSERACI6N DE LA ENERGÍA7:+++++++++++++++++++++++++++++++++++++8 III.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA++++++++++++++++++++++++10

En"ro#$a:%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%!& A' ()*UINA T+R(IA%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%!.' ()*UINA /RIGOR0/IA%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%!1

I.

TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA+++++++++++++++++++++++++14


Páina -

INTRODUCCI6N 2e iden"i3ca con el nom4re de "ermodinámica a la rama de la 5$sica 7e 8ace 5oco en el es"7dio de los 9$nc7los eis"en"es en"re el calor y las demás 9ariedades de ener$a' Anali;a, #or lo "an"o, los e5ec"os 7e #oseen a ni9el macrosc<#ico las modi3caciones de "em#era"7ra, #resirandes, en o#osicimecánica, "rmica, elc"rica, 7$micaB@ se "rans5orma de 7na 5orma a o"ra, siem#re 8ay 7na can"idad 7e se con9ier"e en calor' Es im#or"an"e sa4er 7e la "ermodinámica es"7dia los sis"emas 7e se enc7en"ran en e7ili4rio' Es"o sini3ca 7e las #ro#iedades del sis"ema >"$#icamen"e la #resi

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a#$"7lo I: (ARO TEORIO'

I.TERMODINÁMICA $7 D"9(i*i(: La "ermodinámica es el es"7dio de los 9$nc7los eis"en"es en"re el calor y las demás 9ariedades de ener$a' Es im#or"an"e conocer al7nos conce#"os 4ásicos 57ndamen"ales #ara en"ender c
1. Si!"#$ T"%#&'i()#i*&: 2iem#re 7e se 7"ili;a la Termodinámica #ara es"7diar alo >la a"ma 9eces am4ien"e y o"ros similares@' La Termodinámica es"7dia los C7=os de ener$a y ma"eria en"re el sis"ema >oranismos 9i9os, ma7inaria, e"c'@ y el en"orno, en"re #ar"es del sis"ema, y la con9ersi
• •

Si!"#$ $i$'&: es a7l 7e no in"ercam4ia ni ma"eria ni ener$a con los alrededores' E=em#lo: 8i#o""icamen"e #7ede ser 7n "8ermo 7e almacena a7a calien"e y la man"iene calien"e' Si!"#$ *"%%$'&: es a7l 7e in"ercam4ia ener$a >calor y "ra4a=o@ #ero no ma"eria con los alrededores >s7 masa #ermanece cons"an"e@' Si!"#$ $/i"%!&: es a7l 7e in"ercam4ia ener$a y ma"eria con los alrededores'


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2. E,-ii/%i& !"%#&'i()#i*&: E7ili4rio "ermodinámico es c7ando "odas las #ro#iedades macrosc<#icas se man"ienen sin cam4io al #asar el "iem#o' El e7ili4rio "ermodinámico se #7ede #resen"ar en dos condiciones: !' 7ando 7n sis"ema se enc7en"ra aislado se enc7en"ra en e7ili4rio si s7s #ro#iedades macrosc<#icas #ermanecen cons"an"es al #asar el "iem#o' -' Y c7ando 7n sis"ema no aislado se #7ede decir 7e es"á en e7ili4rio si se c7m#len dos condiciones si7ien"es: • •

Las #ro#iedades macrosc<#icas del sis"ema #ermanecen cons"an"es a lo laro del "iem#o' 7ando se s7#rime el con"ac"o en"re el sis"ema y s7s alrededores no 8ay cam4io al7no en las #ro#iedades del sis"ema'

Para 7e eis"a 7n e7ili4rio "ermodinámico el sis"ema de4e de "ener: • •

•

E,-ii/%i& #"*)(i*&: Es c7ando las 57er;as del in"erior y las 57er;as 7e ac"an so4re el sis"ema es"án e7ili4radas' E,-ii/%i& '" #$$: Es c7ando no eis"en reacciones 7$micas lo4ales en el sis"ema, además no de4e 8a4er "ras5erencia de ma"eria desde 7na #ar"e del sis"ema a o"raF las concen"raciones de las es#ecies 7$micas en dis"in"as ;onas del sis"ema son cons"an"es con el "iem#o' E,-ii/%i& !;%#i*&: Es man"ener cons"an"e la "em#era"7ra en"re el sis"ema y s7s alrededores'


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. $%i$/" !"%#&'i()#i*$ Las 9aria4les "ermodinámicas o 9aria4les de es"ado son las mani"7des 7e se em#lean #ara descri4ir el es"ado de 7n sis"ema "ermodinámico' De#endiendo de la na"7rale;a del sis"ema "ermodinámico, #7eden eleirse dis"in"os con=7n"os de 9aria4les "ermodinámicas #ara descri4irlo' Es"as 9aria4les son: •

•

•

•

M$$ 5#7: es la can"idad de s7s"ancia 7e "iene el sis"ema' En el 2is"ema In"ernacional se e#resa res#ec"i9amen"e en Hiloramos >H@ o en nmero de moles >mol@' &-#"( 57: es el es#acio "ridimensional 7e oc7#a el sis"ema' En el 2is"ema In"ernacional se e#resa en me"ros c4icos >m1@' 2i 4ien el li"ro >l@ no es 7na 7nidad del 2is"ema In"ernacional, es am#liamen"e 7"ili;ada' 27 con9ersiPa@' La a"m@, a7n7e la escala elsi7s se em#lea con 5rec7encia' La con9ersi@  " >M@  -1'


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En la si7ien"e 37ra se 8a re#resen"ado 7n as encerrado en 7n reci#ien"e y las 9aria4les "ermodinámicas 7e descri4en s7 es"ado'

LEYES DE LA TERMODINÁMICA I.

LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA

La ley cero, conocida con el nom4re de la ley del e7ili4rio "rmico 57e en7nciada en 7n #rinci#io #or ames lerH (aQel y lle9ada a ley #or Ral#8 /oQler y dice: Dos sis"emas en e7ili4rio "rmico con 7n "ercero, es"án en e7ili4rio "rmico en"re s$S' La ley cero de la "ermodinámica es"a4lece 7e si 7n c7er#o A se enc7en"ra a la misma "em#era"7ra 7e 7n c7er#o . y es"e "iene la misma "em#era"7ra 7e 7n "ercer c7er#o , en"onces, el c7er#o A "endrá la misma "em#era"7ra 7e el c7er#o ' Por lo c7al es"aremos se7ros de 7e "an"o el c7er#o A, como el . y , es"arán los "res, en e7ili4rio "rmico' Es decir: los c7er#os A, . y , "endrán i7al "em#era"7ra' El e7ili4rio "rmico de4e en"enderse como el es"ado en el c7al los sis"emas e7ili4rados "ienen la misma "em#era"7ra' Es"a ley es de ran im#or"ancia #or7e #ermi"i< de3nir a la "em#era"7ra como 7na #ro#iedad "ermodinámica y no en 57nci
Páina 

"em#era"7ra con s73cien"e ra#ide; y 7e sea de 5ácil medici
II.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA. 5LEY DE LA CONSERACI6N DE LA ENERGÍA7:

D7ran"e la dcada de !&, 9arios 5$sicos en"re los 7e se encon"ra4an o7le, elm8ol"; y (eyer, 57eron desarrollando es"a ley' 2in em4aro, 57eron #rimero la7si7s en !& y T8omson >Lord el9in@ 7n a?o des#7s 7ienes escri4ieron los #rimeros en7nciados 5ormales' La 9ariaci
•

WU es la 9ariaci

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La 9ariacio so4re@ el sis"ema' De#endiendo de la delimi"acies alo comn en la "ermodinámica ca"aloar el "ra4a=o como "oda "ras5erencia de ener$a 7e no sea en 5orma de calor@' Los 8ec8os e#erimen"ales corro4oran 7e es"e "i#o de "rans5erencia "am4in de#ende del #roceso y no s
Li#i!$*i&(" '" $ <%i#"%$ "= '" $ !"%#&'i()#i*$

•

2olo se a#lica a sis"emas macrosc<#icos, cons"i"7idos #or m7c8as #ar"$c7las' 2olo se a#lica a sis"emas en e7ili4rio' 2olo se "oma en consideraci
E=em#lo: 7n reci#ien"e #ro9is"o de 7n #is"*X&@ s7 "em#era"7ra a7men"a y sen la Ley de o7le, s7 ener$a in"erna "am4in >U.XUA@' El as se e#ande #or lo 7e reali;a 7n "ra4a=o #osi"i9o' El #rimer #rinci#io nos da la relaci

Páina 

2i el reci#ien"e "79iera #aredes 3=as, el as no #odr$a reali;ar "ra4a=o, #or lo 7e el calor s7minis"rado se in9er"ir$a $n"eramen"e en a7men"ar la ener$a in"erna' 2i el reci#ien"e es"79iera aislado "rmicamen"e del e"erior >*&@ el as al e#andirse reali;ar$a 7n "ra4a=o a cos"a de s7 ener$a in"erna, y en consec7encia es"a l"ima dismin7ir$a >el as se en5riar$a@'

III.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

En7nciado en !! #or lord el9in, a3rma 7e es im#osi4le reali;ar 7na "rans5ormaci$: En"ro#$a es el rado de desorden 7e "iene 7n sis"ema' La #ala4ra en"ro#$a #rocede del rieo em 7e sini3ca so4re, en y cerca deF y so#, 7e sini3ca iro, al"erna"i9a, cam4io, e9ol7ci
Páina !&

#rod7=o más "arde en el "iem#o 7e el o"ro' En 7n sis"ema aislado, el c7rso na"7ral de los acon"ecimien"os, lle9a al sis"ema a 7n mayor desorden >en"ro#$a más al"a@ de s7 es"ado'

D"9(i*i&(" '" $ "?-('$ "= '" !"%#&'i()#i*$ D"9(i*i( '" @"i(P$(*: Es im#osi4le cons"r7ir 7n a#ara"o 7e o#ere c$clicamen"e, c7yo nico e5ec"o sea a4sor4er calor de 7na 57en"e de "em#era"7ra y con9er"irlo en 7na can"idad e7i9alen"e de "ra4a=oS'

Ilustració !"l "ucia!# !" $"l%i Plac&

•

D"9(i*i( '" C$-i-: Es im#osi4le cons"r7ir 7n a#ara"o 7e o#ere en 7n ciclo c7yo nico e5ec"o sea "rans5erir calor desde 7na 57en"e de 4a=a "em#era"7ra a o"ra de "em#era"7ra mayorS'


Páina !!

Ilustració !"l "ucia!# !" Clausius'

El #rinci#io de la se7nda ley de la "ermodinámica #7ede e#onerse de di5eren"es 5ormas' Pero la limi"acies#acial y "rmico@ del sis"ema' La se7nda ley a3rma 7e la en"ro#$a, o sea, el desorden, de 7n sis"ema aislado n7nca #7ede decrecer' Por "an"o, c7ando 7n sis"ema aislado alcan;a 7na con37raci
Páina !-

#osi4le ele9ar la "em#era"7ra del 5oco 5r$o sin 7n a#or"e de ener$a e"erior' Es"a o4ser9aci
E"#<&: A. MÁQUINA TRMICA 2e7nda ley de "ermodinámica: es im#osi4le e"raer 7na can"idad de calor * de 7n 5oco calien"e, y 7sarla "oda ella #ara #rod7cir "ra4a=o' Al7na can"idad de calor * de4e ser e#7lsada a 7n 5oco 5r$o' Es"o se o#one a 7n mo"or "rmico #er5ec"o' A 9eces se denomina la \#rimera 5orma\ de la se7nda ley, y es conocida como el en7nciado de la se7nda ley de el9inJPlancH' La má7ina "rmica es 7n a#ara"o 7e o#era con"in7amen"e o c$clicamen"e y e=ec7"a 7na cier"a can"idad de "ra4a=o como res7l"ado de la "rans5erencia de calor de 7na 57en"e de al"a "em#era"7ra a o"ra de "em#era"7ra 4a=a' La má7ina "rmica #ermi"e o4"ener 7n sis"ema 7e o#era en 7n ciclo con 7n "ra4a=o #osi"i9o y 7na "ransmisi

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M()uia T*r+ica

*: can"idad de calor s7minis"rada al 9a#or en la caldera desde 7na 57en"e de al"a "em#era"7ra >7emador de la caldera@ *L: can"idad de calor li4erado del 9a#or en el condensador en 7n s7midero de 4a=a "em#era"7ra >a7a de en5riamien"o@ VT: can"idad de "ra4a=o en"reado #or el 9a#or c7ando se e#ande en la "7r4ina' V.: can"idad de "ra4a=o re7erido #ara com#rimir el a7a a la #resi
B. MÁQUINA FRIGORÍFICA 2e7nda ley de la "ermodinámica: No es #osi4le 7e el calor C7ya desde 7n c7er#o 5r$o 8acia 7n c7er#o mas calien"e, sin necesidad de #rod7cir ninn "ra4a=o 7e enere es"e C7=o' La ener$a no C7ye es#on"áneamen"e desde 7n o4=e"o a 4a=a "em#era"7ra, 8acia o"ro o4=e"o a mas al"a "em#era"7ra' Es"o se o#one al #er5ec"o re5rierador' Las declaraciones so4re los re5rieradores, se a#lican a los acondicionadores de aire y a las 4om4as de calor, 7e encarnan los mismos #rinci#ios' Es"a es la \se7nda 5orma\, o la declaraci

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El ciclo de re5rieraci
M()uia !" R",ri-"ració

I.

TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

La "ercera ley de la "ermodinámica es 7na e"ensi

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La "ercera ley nos #ermi"e medir 9alores a4sol7"os de la en"ro#$a #ara c7al7ier s7s"ancia, la en"ro#$a de "odos los s7s"ancias #er5ec"amen"e cris"alinas y #7ras es la misma a T&F a es"a nica cons"an"e, 2 &, se le da el 9alor de cero' Un cris"al \#er5ec"o\ es a7el 7e es"á en e7ili4rio "ermodinámico' En consec7encia, comnmen"e se es"a4lece la "ercera ley en 5orma más eneral, como: La en"ro#$a de c7al7ier s7s"ancia #7ra en e7ili4rio "ermodinámico "iende a cero a medida 7e la "em#era"7ra "iende a cero' La "ercera ley s7minis"ra 7na 4ase #ara el cálc7lo de las en"ro#$as a4sol7"as de las s7s"ancias, las c7ales #7eden 7"ili;arse en las ec7aciones a#ro#iadas #ara de"erminar la direcci
La en"ro#$a se 8a de3nido como:

D
2 es la en"ro#$a  es la cons"an"e de .ol";mann >!'1&6  !& J-1 _@ Ω es el nmero de microes"ados consis"en"es con la con37raci

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