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Unidad 4

Fisica General ITTG
by

Javier Lopez

on 4 May 2015

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Transcript of Unidad 4

Unidad 4
Introducción a la Termodinámica
Termodinámica
La termodinámica es la parte de la física que estudia los estados de los sistemas materiales macroscópicos y los cambios que pueden darse entre esos estados, en particular, en lo que respecta a temperatura, calor y energía.

La termodinámica es una rama de la Fisicoquímica
Fisicoquímica: El estudio de los principios físicos que gobiernan las propiedades y el comportamiento de los sistemas químicos

Hecho por:
Francisco Javier Sanchez Lopez
Gracias por su atencion
4.1 Definiciones
Termodinámica:
Rama de la mecánica teórica que estudia la transformación del movimiento en calor y viceversa.

Sistema (Termodinámico):
región restringida, no necesariamente de volumen constante o fija en el espacio, en donde se puede estudiar la transferencia y transmisión de masa y energía.
Escala Celsius

La escala Celsius fue inventada en 1742 por el astrónomo sueco Andrés Celsius. Esta escala divide el rango entre las temperaturas de congelación y de ebullición del agua en 100 partes iguales. Usted encontrará a veces esta escala identificada como escala centígrada. Las temperaturas en la escala Celsius son conocidas como grados Celsius (ºC).

Variables Termodinámicas

También conocidas como coordenadas del sistema, son aquellas que definen estado Existen dos tipos:


a) Variables físicas:

Las fundamentales son Presión (P), Volumen (V) y Temperatura (T); P y T son variables intensivas (independientes del tamaño del sistema) y V es extensiva (depende del tamaño del sistema).

b) Variables Químicas:

Usualmente se utilizan los números de moles de cada componente.

4.2 Escalas de Temperatura
La temperatura es una magnitud física que refleja la cantidad de calor, ya sea de un cuerpo, de un objeto o del ambiente.
Esta relacionada con la energía interior de los sistemas termodinámicos, de acuerdo al movimiento de sus partículas, y cuantifica la actividad de las moléculas de la materia: a mayor energía sensible, más temperatura.

Escala Fahrenheit
La escala Fahrenheit fue establecida por el físico holandés-alemán Gabriel Daniel Fahrenheit, en 1724. Aun cuando muchos países están usando ya la escala Celsius, la escala Fahrenheit es ampliamente usada en los Estados Unidos. Esta escala divide la diferencia entre los puntos de fusión y de ebullición del agua en 180 intervalos iguales. Las temperaturas en la escala Fahrenheit son conocidas como grados Fahrenheit (ºF).
Escala de Kelvin
La escala de Kelvin lleva el nombre de William Thompson Kelvin, un físico británico que la diseñó en 1848. Prolonga la escala Celsius hasta el cero absoluto, una temperatura hipotética caracterizada por una ausencia completa de energía calórica. Las temperaturas en esta escala son llamadas Kelvins (K).
4.3 Capacidad Calorífica
La capacidad calorífica, c, o calor específico, es la energía calorífica necesaria para aumentar 1ºC o 1K (si hablamos de incrementos es lo mismo) la temperatura de 1kg de masa de una sustancia a una presión de 1013 hPa, En el SI se expresa en J/kg•K y es una propiedad característica de las sustancias.
según la fórmula:
Q=m•c•ΔT
Donde:
m = masa de la sustancia
c = capacidad calorífica específica
ΔT = Tf – Ti (temperatura final menos temperatura inicial del sistema)

Capacidad calorífica molar de una sustancia
La Capacidad calorífica molar, Cm, es la energía calorífica necesaria para aumentar 1K o 1ºC la temperatura de un mol de cualquier sustancia. En este caso, la transferencia de calor será:

Q= n•ΔT•Cm
Donde:
n = número de moles
Cm = capacidad calorífica molar
ΔT = Tf – Ti (temperatura final menos temperatura inicial del sistema)

4.4 Leyes de la Termodinámica
LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA

Esta ley nos explica que cuando un sistema se pone en contacto con otros, al transcurrir el tiempo, la temperatura sera la misma, porque se encontraran en equilibrio térmico.Otra forma de expresar la Ley Cero de la Termodinámica es la siguiente:
La temperatura es una propiedad que posee cualquier sistema termodinámico y existirá equilibrio térmico entre dos sistemas cualesquiera, si su temperatura es la misma.

Primera ley de la Termodinámica
Con el descubrimiento hecho por Joule acerca del equivalente mecánico del calor se demostró que la energía mecánica se convierte en energía térmica, cuando por fricción aumenta la energía interna de un cuerpo, y que la energía térmica se puede convertir en energía mecánica sin un gas encerrado en un cilindro se expande

Esta ley, aplicada al calor, da como resultado el enunciado de la Primera Ley de la Termodinámica que dice: la variación en la energía interna de un sistema es igual a la energía transferida a los alrededores o por ellos en forma de calor y de trabajo, por lo que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.

Matemáticamente la Primera Ley de la Termodinámica se expresa como:

dU = Q-W

Segunda Ley de la Termodinámica
Existen dos enunciados que definen la Segunda Ley de la Termodinámica, uno del físico alemán Rudolph J. E.Celsius: el calor no puede por si mismo, sin la intervención de un agente externo, pasar de un cuerpo frió a un cuerpo caliente. Y otro del físico ingles William Thompson Kelvin: es imposible construir una maquina térmica que transforme en trabajo todo el calor que se le suministra.
Entropía y Tercera Ley de Termodinámica
La entropía es una magnitud física utilizada por la termodinámica para medir el grado de desorden de la materia. En un sistema determinado, la entropía o estado de desorden dependerá de su energía calorífica y de como se encuentren distribuidas sus moléculas.

Tercera Ley de la Termodinámica, dicho principio se refiere a la entropía de las sustancias cristalinas y puras en el cero absoluto de temperaturas(0 K), y se enuncia de la siguiente manera: la entropía de un solido cristalino puro y perfecto puede tomarse como cero a la temperatura del cero absoluto.
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