TermodinámicaTermodinámica

CalorimetríaCalorimetría

Principio CeroPrincipio Cero. Equilibrio Térmico.. Equilibrio Térmico.

Primer PrincipioPrimer Principio. Conservación de la Energía.. Conservación de la Energía.

Segundo PrincipioSegundo Principio. Dirección permitida de la . Dirección permitida de la transformación de energía. Entropía.transformación de energía. Entropía.

Coordenadas Termodinámicas

Magnitudes que están relacionadas con el estado interno del sistema:

Magnitudes Intensivas (independientes de masa)

Magnitudes Extensivas (proporcional a la masa)

Sistema Hidráulico: p V

Sistema Mecánico: a m

Lámina Superficial A

Alambre Estirado τ L

Pared diatérmana

Pared adiabática

Equilibrio….Equilibrio…. ….depende de la proximidad con otros sistemas…

Pared Adiabática Un sistema puede coexistir con otro sin cambiar sus variables.

Pared Diatérmana Un sistema varía espontáneamente hasta alcanzar el equilibrio.

Equilibrio Térmico: Es el estado alcanzado por dos estados al estar en

contacto por una pared diatérmana.

Temperatura Kelvin Celsius Rankine Farenheit

Cero Absoluto -273.15 -459.67

Punto triple

273.15 0 491.67 32

Ebullición agua 373.15 100 671.67 212.00

0 0

O es Agua hielo y sal

Principio Cero de la TermodinámicaPrincipio Cero de la Termodinámica

“Dos sistemas en equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio tèrmico entre sí”

Ecuación de Estado:Ecuación de Estado: Para todo sistema termodinámico existe una ecuación de estado que relaciona las Coordenadas termodinámicas.

En el sistema hidrostático se puede definir la ecuación de estado en función de p, V y T.

Ecuación de Estado Ecuación de Estado de los de los

Gases IdealesGases Ideales

p V = n R Tdonde,

VV es el volumen que ocupa el gas

pp la presión a la que se encuentra el gas

TT es la temperatura en Kelvin que se encuentra el gas

nn es el número de moles del gas

RR es la constante universal de los gases

= 0.082 atm m3/(kmol ºK)

= 8.314 joule / (g mol ºK)

Trabajo para un gas idealTrabajo para un gas ideal

Trabajo: W = W = p dV p dV ya que:

,

,

W F dr

Dimensionalmente

F mg gV pero

gV ghA entonces

W ghAr ghV pV

Por lo tanto Por lo tanto W = W = p dV = p dV = nRTnRT dV dV

VV

Nota: Nota: Trabajo puede ser + o – (ConvenciónTrabajo puede ser + o – (Convención))

CalorCalor

Q Q == Energía térmica en tránsitoEnergía térmica en tránsitoΔΔQ Q = m c = m c ΔΔTT

Unidad de Calor =Unidad de Calor = joule, erg, caloríajoule, erg, caloría

Caloría:Caloría: Es la cantidad de calor que debe añadirse o extraerse para Es la cantidad de calor que debe añadirse o extraerse para

cambiar la temperatura de 1 gramo de agua en 1º C.cambiar la temperatura de 1 gramo de agua en 1º C.

Nota: Nota: Convención de signos. Q absorbido positivoConvención de signos. Q absorbido positivo

Q cedido negativoQ cedido negativo

Capacidad Calorífica Capacidad Calorífica CCCalor Específico Calor Específico cc

Capacidad Calorífica Capacidad Calorífica CC de una sustancia es el número de una sustancia es el número de kilocalorías de calor que deben suministrarse a 1 kg de de kilocalorías de calor que deben suministrarse a 1 kg de

material para que suba 1ºCmaterial para que suba 1ºC QC

T

Calor específico Calor específico cc de una sustancia es el número de de una sustancia es el número de kilocalorías de calor que deben suministrarse a cada kg de kilocalorías de calor que deben suministrarse a cada kg de sustancia para cada 1ºC de cambio de temperaturasustancia para cada 1ºC de cambio de temperatura . .

1 Qc

m T

Si es un cuerpo de masa Si es un cuerpo de masa mm

1 Qc

n T

Si es un gas con Si es un gas con nn moles moles

Energía Interna para un Gas IdealEnergía Interna para un Gas Ideal

U = U (T)U = U (T)ΔΔU = n cU = n cVV dT dT

dondedonde

nn = número de = número de molesmoles

ccV V = = calor específicocalor específico a volumen constante a volumen constante

T T = = temperaturatemperatura

1

V

Q

n T

Primer Principio de la TermodinámicaPrimer Principio de la Termodinámicao o

Ley de Conservación de la EnergíaLey de Conservación de la Energía

ΔΔQ = Q = ΔΔU + WU + W

Si Si ΔΔU = 0 y W = 0 entonces U = 0 y W = 0 entonces ΔΔQ = 0 Q = 0

Calorimetría Calorimetría

Q Q absorbidoabsorbido = Q = Q cedidocedido

Calor de Calor de FusiónFusión de hielo L de hielo LFF

Es la cantidad de calor necesaria para fundir 1 g de

hielo = 80 cal80 calCapacidad calorífica del hielo es 0.5 cal / (g ºC)

Calor de Calor de VaporizaciónVaporización L LVV

Es la cantidad de calor necesaria para transformar 1 g

de agua en vapor = 540 cal540 calCapacidad calorífica del agua es 1 cal / (g ºC)

TermodinámicaTermodinámica Gas ideal :Gas ideal : - Primer Principio de la termodinámica

- Sometido a proceso adiabático cuasi - estático

Trabajo adiabáticoTrabajo adiabático

Ciclos y RendimientosCiclos y Rendimientos

EntropíaEntropía

Segundo Principio de la TermodinámicaSegundo Principio de la Termodinámica

Gas ideal : Primer Principio de la termodinámica

p V = n R Tp V = n R T

p dV + V dp = n R dTp dV + V dp = n R dT

p dV = n R dT – V dpp dV = n R dT – V dp

ΔQ = ΔU + W si se divide por ΔT a Volumen constante,

VV V V

Q U WC

T T T

dQ = n cV dT + p dV pero experimentalmente se demuestra que para gases ideales cp – cV = n R, entonces

dQ = n cV dT + n R dT - V dp

d d Q= cQ= cppdT – V dpdT – V dp

Gas Ideal Sometido a Proceso Adiabático Cuasi - estáticoGas Ideal Sometido a Proceso Adiabático Cuasi - estático

Proceso Adiabático significa dQ = 0 ( No hay intercambio de calor)

d Q = dU + dWd Q = dU + dW

d Q = Cd Q = CVV dT + p dV dT + p dV

d Q = Cd Q = CPP dT - V dp dT - V dp

Como dQ=0 entonces V dp = CComo dQ=0 entonces V dp = Cp p dTdT

- p dV = C- p dV = CVV dT dT

pero se definepero se define coeficiente adiabático coeficiente adiabático

entoncesentonces ln V = - ln p + ln C ln V = - ln p + ln C

p

V

C V dp

C p dV

p

V

C

C

pV C

Trabajo adiabáticoEs un trabajo que se realiza sin intercambio de calor con el medio

Ej Resistencia sumergida en agua que transporta corriente, suministrada por un generador eléctrico que se hace girar mediante un cuerpo que cae.

G

g

agua

Ciclos y RendimientoCiclos y Rendimiento

Rendimiento:Rendimiento: = 1 - Q = 1 - QC C / Q/ QAA

QC= Calor Cedido;

QA= Calor Absorbido

Ciclo de Carnot:Ciclo de Carnot: Es el mayor rendimiento posible para todas las máquinas reversibles trabajando entre dos

temperaturas. Consta de 4 procesos: adiabáticoadiabático, le sigue

otro isotérmicoisotérmico, a continuación uno adiabáticoadiabático y

termina el ciclo con uno isotérmico.isotérmico.

Foco:Foco: Es una fuente interminable de calor,

se considera a temperatura constantetemperatura constante.

Motor térmicoMotor térmico funciona absorbiendo calor

de una fuente caliente, cediendo calor a una fuente fría

y con la diferencia realiza trabajo.

M

Foco calienteFoco caliente

Foco FríoFoco Frío

Q Absorbido

Q cedido

TrabajoTrabajo W

Rendimiento

= W/Qabsorbido

Refrigerante Transporta de un modo cíclico calor del cuerpo que se refrigera

(fuente fría a temperatura T2) a otro cuerpo a temperatura más elevada

(fuente caliente a temperatura T1)

Eficiencia = Calor absorbido del foco frio / Trabajo suministrado (módulo)

1 1

1 2

Q Q

W Q Q

W

Q1

Q2

T1

T2

Interesa que con un mínimo de trabajo mecánico se elimine el máximo de calor del frigorífico

2º Principio de la Termodinámica

Enunciado Kelvin-Planck: No existe ninguna transformación No existe ninguna transformación termodinámica cuyo único resultado termodinámica cuyo único resultado sea la absorción de calor de un solo sea la absorción de calor de un solo foco y la producción de una cantidad foco y la producción de una cantidad equivalente de trabajo:equivalente de trabajo:

(Prohíbe la existencia del móvil perpetuo)

Enunciado de Clausius: Ningún proceso espontáneo es Ningún proceso espontáneo es posible cuyo único resultado sea el posible cuyo único resultado sea el paso de calor de un recinto a otro de paso de calor de un recinto a otro de mayor temperatura.mayor temperatura.(Elimina la posibilidad de transmitir calor de un cuerpo frio a otro caliente)

Foco calienteFoco caliente

Q Absorbido

WW

Foco calienteFoco caliente

Q1

Q2

Foco Frío

Entropía Entropía SSEs una propiedad intrínseca de la materia.Es una propiedad intrínseca de la materia.

Es una función de estado del sistema cuya variación en un proceso Es una función de estado del sistema cuya variación en un proceso de un estado 1 a otro 2 viene dada por: de un estado 1 a otro 2 viene dada por:

2 1

QS S S

T