SISTEMAS TERMODINAMICOS

Es una parte del Universo que se asla para su estudio. Este aislamiento se puede llevar a

cabo de una manera real, en el campo experimental, por ejemplo una mquina trmica, o de

una manera ideal como la mquina de Carnot, cuando se trata de abordar un estudio terico.

CLASIFICACION:

Sistema aislado: Es aquel que no intercambia ni materia ni energa con su entorno, es decir

se encuentra en equilibrio termodinmico. Un ejemplo de esta clase podra ser

un gas encerrado en un recipiente de paredes rgidas lo suficientemente gruesas (paredes

[adiabticas]) como para considerar que los intercambios de energa calorfica sean

despreciables y que tampoco puede intercambiar energa en forma de trabajo.

Sistema cerrado: Es el que puede intercambiar energa pero no materia con el exterior.

Multitud de sistemas se pueden englobar en esta clase. El mismo planeta Tierra puede

considerarse un sistema cerrado. Una lata de sardinas tambin podra estar incluida en esta

clasificacin.

Sistema abierto: En esta clase se incluyen la mayora de sistemas que pueden observarse

en la vida cotidiana. Por ejemplo, un vehculo motorizado es un sistema abierto, ya que

intercambia materia con el exterior cuando es cargado, o su conductor se introduce en su

interior para conducirlo, o es provisto de combustible al repostarse, o se consideran los

gases que emite por su tubo de escape pero, adems, intercambia energa con el entorno.

Solo hay que comprobar el calor que desprende el motor y sus inmediaciones o el trabajo

que puede efectuar acarreando carga.

RESUMEN:

Sistema termodinmico es una porcin del universo que es objeto de estudio, esta porcin puede ser una persona, una mquina, una mezcla, etc. Tambin tenemos el entorno que es todo lo que rodea al sistema.

Esta porcin de universo que separamos para objeto de estudio se encuentra separado del resto del universo por unas paredes ya sean reales o imaginarias que reciben el nombre de adiabticas o diatermicas.

Sistema aislado es cuando no intercambia ni materia ni energa con lo que lo rodea Sistema cerrado intercambia energa pero no materia ejemplo una congeladora, gaseosa sellado etc. Sistema abierto intercambia materia y energa con lo que lo rodea ejemplo el termo

CRITERIO DEL SIGNO EN SISTEMA TERMODINAMICO

Uno de los criterios que se suele utilizar en termodinmica para evaluar los intercambios de energa entre un sistema y su entorno, en forma de calor y trabajo, segn la IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry), es el siguiente:

Positivo (+), para el trabajo que sale del sistema y el calor que entra al sistema.

Negativo (-), para el trabajo que entra al sistema y el calor que sale del sistema.

De este modo el trabajo se define como una transferencia de energa, que puede expresarse segn la siguiente ecuacin en un proceso reversible:

Por ejemplo, en una expansin isobrica, el volumen final VB es mayor que el volumen inicial VA

entonces

el sistema realiza un trabajo sobre su entorno, cediendo trabajo para pasar del estado inicial A al estado final B

luego

El primer principio de la termodinmica relaciona el cambio en la energa interna de un sistema con el calor y el trabajo intercambiados entre ste y su entorno mediante la siguiente expresin:

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RESUMEN:

En un sistema si calor entra es positivo si sale es negativo y si el trabajo entra al sistema o

dicen que el sistema consume trabajo entonces es negativo y si trabajo sale del sistema o es

realizado por el sistema es positivo

Primera ley de la termodinmica

El primer principio de la termodinmica o primera ley de la termodinmica, es "La energa no

se crea ni se destruye, solo se transforma":

En un sistema cerrado adiabtico (que no hay intercambio de calor con otros sistemas o su entorno

como si estuviera aislado) que evoluciona de un estado inicial a otro estado final , el trabajo realizado no depende ni del tipo de trabajo ni del proceso seguido.

Ms formalmente, este principio se descompone en dos partes;

El principio de la accesibilidad adiabtica

El conjunto de los estados de equilibrio a los que puede acceder un sistema

termodinmico cerrado es, adiabticamente, un conjunto simplemente conexo.

y un principio de conservacin de la energa:

El trabajo de la conexin adiabtica entre dos estados de equilibrio de un sistema cerrado

depende exclusivamente de ambos estados conectados.

Resumen:

La primera ley de la termodinmica nos habla nos habla que la energa no se crea ni se destruye

solo se transforma. En esto aparecen conceptos como que es energa interna de un sistema,

sistemas termodinmicos, calor y trabajo.

Un ejemplo de esto sera: cuando ponemos a cocer o tostar maz. la olla viene actuar como un

sistema termodinmico. En dicho proceso se le agrega calor al sistema a travs de la hornilla de

la cocina esto ocasiona que la temperatura aumente y hace que se tueste el maz.

Tipos de procesos Trmicos

Proceso isocrico

Un proceso isocrico, tambin llamado proceso isomtrico o isovolumtrico es un proceso

termodinmico en el cual el volumen permanece constante; . Esto implica que el

proceso no realiza trabajo presin-volumen, ya que ste se define como ,

donde es la presin (el trabajo es positivo, ya que es ejercido por el sistema).

Proceso isobrico

Proceso isobrico es aquel proceso termodinmico que ocurre a presin constante. En l, el

calor transferido a presin constante est relacionado con el resto de variables.

Proceso isotrmico

Se denomina proceso isotrmico o proceso isotermo al cambio reversible en un sistema

termodinmico, siendo dicho cambio a temperatura constante en todo el sistema.

La compresin o expansin de un gas ideal puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto

trmico con otro sistema de Capacidad calorfica muy grande y a la misma temperatura que el

gas; este otro sistema se conoce como foco calrico. De esta manera, el calor se transfiere muy

lentamente, permitiendo que el gas se expanda realizando trabajo.

Proceso adiabtico

En termodinmica se designa como proceso adiabtico a aqul en el cual

el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno.

Un proceso adiabtico que es adems reversible se conoce como proceso isotrpico.

Resumen:

Un proceso es isocorico cuando el volumen es constante.

Un proceso es isobrico cuando la presin es constante.

Un proceso es isotrmico cuando la temperatura es constante

Un proceso es adiabtico cuando no hay intercambio alguno de energa con su entorno

Proceso diatrmico cuando hay intercambio de energa con el entorno

Capacidad calorfica de un gas ideal

La capacidad calorfica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energa calorfica transferida a un

cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma

ms rigurosa, es la energa necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una

unidad de temperatura. Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar

cambios de temperatura bajo el suministro de calor.

La capacidad calorfica viene dada por:

Proceso adiabtico del gas ideal

En termodinmica se designa como proceso adiabtico a aqul en el cual el sistema (generalmente,

un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabtico que es

adems reversible se conoce como proceso isotrpico.

El calentamiento y enfriamiento adiabtico son procesos que comnmente ocurren debido al cambio en

la presin de un gas. Esto puede ser cuantificado usando la ley de los gases ideales.

Segunda ley de la termodinmica

Es una de las leyes ms importantes de la fsica; aun pudindose formular de muchas maneras todas lleva

a la explicacin del concepto de irreversibilidad y al de entropa. Este ltimo concepto, cuando es tratado

por otras ramas de la fsica, sobre todo por la mecnica estadstica y la teora de la informacin, queda

ligado al grado de desorden de la materia y la energa de un sistema. La termodinmica, por su parte, no

ofrece una explicacin fsica de la entropa, que queda asociada a la cantidad de energa no utilizable de

un sistema. Sin embargo, esta interpretacin meramente fenomenolgica de la entropa es totalmente

consistente con sus interpretaciones estadsticas.

Direccin procesos termodinmicos

En fsica, se denomina proceso termodinmico a la evolucin de determinadas magnitudes (o

propiedades) propiamente termodinmicas relativas a un determinado sistema termodinmico. Desde el

punto de vista de la termodinmica, estas transformaciones deben transcurrir desde un estado

de equilibrio inicial a otro final; es decir, que las magnitudes que sufren una variacin al pasar de un estado

a otro deben estar perfectamente definidas en dichos estados inicial y final.

Desorden y procesos termodinmicos

Hay una relacin entre la direccin de un proceso y el desorden o aleatoriedad del estado resultante. Por

ejemplo, imagine un trabajo de clasificacin ordenamiento tedioso, como alfabetizar mil ttulos de libros

escritos en tarjetas para chero. Lance la pila de tarjetas alfabetizadas al aire. Caen en orden alfabtico?

Por desgracia, no. Su tendencia es a caer en un estado aleatorio o desordenado. En la expansin libre de

un gas que vimos en las secciones, el aire est ms desordenado despus de expandirse a todo el

recipiente que cuando estaba conando a un lado, as como nuestra ropa est ms desordenada cuando

est tirada en el piso que cuando est connada a un armario. Asimismo, la energa cintica macroscpica

es energa asociada a movimientos organizados y coordinados de muchas molculas; en tanto que la

transferencia de calor implica cambios de energa en un movimiento molecular desordenado, aleatorio.

Por lo tanto, la conversin de energa mecnica en calor implica un aumento de la aleatoriedad o el

desorden.

RESUMEN:

ESTE PRINCIPIO TAMBIEN PONES RESTICCIONES AL DIRECCION PROCESOS TERMODINAMICOS

(TRANFERENCIA DE CALOR)

EL DESORDEN NOS HABLA QUE LA TRANSFERENCIA DE ENERGIA ES UN PROCESO DEL MOVIEMIENTO

MOLECULAR DESORDENADO Y ALEATORIO.

EN EL SEGUDNO LEY DE LA TERMODINAMICA SE MUESTRAN CONCEPTOS TALES COMO LA ENTROPIA

ESTA QUE SE REFIERA AL GRADO DE DESORDEN Y ENERGIA DE UNA MATERIA.

Maquinas trmicas

Una mquina trmica es un conjunto de elementos mecnicos que permite

intercambiar energa, generalmente a travs de un eje, mediante la variacin de energa de

un fluido que vara su densidad significativamente al atravesar la mquina. Se trata de

una mquina de fluido en la que vara el volumen especfico del fluido en tal magnitud que los

efectos mecnicos y los efectos trmicos son interdependientes

Motores de combustin interna

Un motor de combustin interna, motor a explosin o motor a pistn, es un tipo de

mquina que obtiene energa mecnica directamente de la energa qumica de

un combustible que arde dentro de la cmara de combustin. Su nombre se debe a que dicha

combustin se produce dentro de la propia mquina, a diferencia de, por ejemplo, la mquina

de vapor.

El ciclo de Carnot

Para conseguir la mxima eficiencia la mquina trmica que estamos diseando

debe tomar calor de un foco caliente, cuya temperatura es como mximo Tc y

verter el calor de desecho en el foco fro, situado como mnimo a una

temperatura Tf.

Para que el ciclo sea ptimo, todo el calor absorbido debera tomarse a la

temperatura mxima, y todo el calor de desecho, cederse a la temperatura

mnima. Por ello, el ciclo que estamos buscando debe incluir dos procesos

isotermos, uno de absorcin de calor a Tc y uno de cesin a Tf.

RESUMEN :

EN LAS MAQUINAS PARA PRODUCIR TRABAJO DEBEN ABSORBER ENERGIA DE UNA

FUENTE PARA CUMPLIR DICHA TRANSFORMACION. EN LA SEGUNDA LEY DE LA

TERMODINAMICA NOS DICE QUE ES IMPOSIBLE QUE DICHA MAUINA O SISTEMA

ABSORBA ESA ENERGIA O CALOR Y LO COVIERTA TODA EN TRABAJO.

Entropa

En termodinmica, la entropa (simbolizada como S) es una magnitud fsica que, mediante

clculo, permite determinar la parte de la energa que no puede utilizarse para producir trabajo.

Es una funcin de estado de carcter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el

transcurso de un proceso que se d de forma natural. La entropa describe lo irreversible de los

sistemas termodinmicos.

Es la temperatura absoluta). Por tanto, ha de existir una funcin del estado del sistema, S=f (P,

V, T)

Denominada entropa, cuya variacin en un proceso reversible entre los estados 1 y 2 es:

La entropa y la energa "gastada"

En el principio enunciado por Clausius que anteriormente citamos,podemos encontrar la relacin

con la entropa y la energa liberada en un proceso. Pensemos en un motor. El motor necesita de

una fuente de energa para poder convertirla en trabajo. Si pensamos en un coche, la gasolina, junto

con el sistema de chispa del motor, proporciona la energa (qumica) de combustin, capaz de hacer

que el auto se mueva. qu tiene que ver la entropa aqu?

La energa que el coche "utiliz" para realizar trabajo y moverse, se "gast", es decir, es energa

liberada mediante un proceso qumico que ya no es utilizable para que un motor produzca trabajo.

Este es uno de los conceptos ms difciles de entender de la entropa,pues requiere un conocimiento

un poco menos trivial del funcionamiento de motores, frigorficos y el ciclo de Carnot. Pero para

nuestros fines con esta explicacin es suficiente.

RESUMEN

La entropa, como medida del grado de restriccin o como medida del desorden de un sistema, o

bien en ingeniera, como concepto auxiliar en los problemas del rendimiento energtico de las

mquinas, es una de las variables termodinmicas ms importantes. Su relacin con la teora del

caos le abre un nuevo campo de estudio e investigacin a este tan "manoseado" concepto.