TEMA 1. CONCEPTOS INTRODUCTORIOS

CONTENIDOS:

1. La Termodinámica como ciencia. Objeto y ámbito.

2. Evolución histórica de la Termodinámica.

3. Principales líneas del pensamiento termodinámico.

4. Sistema termodinámico

5. Propiedades de un sistema termodinámico

6. Procesos y ciclos en sistemas termodinámicos

7. Fase y sustancia pura

8. Equilibrio

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

El estudiante será capaz de diferenciar entre los distintos enfoques de

estudio termodinámico.

Explicar el origen de la Termodinámica.

Valorar la importancia de la Termodinámica en el desarrollo de

diversos sistemas industriales.

El estudiante será capaz de clasificar los distintos sistemas

termodinámicos.

Listar las variables termodinámicas más importantes.

Diferenciar entre propiedades extensivas e intensivas.

Justificar el uso de los procesos cuasiestáticos en Termodinámica

1. LA TERMODINÁMICA COMO CIENCIA

RAE: termodinámica:= Parte de la física en que se estudian las relaciones entre el calor y las

restantes formas de energía

VOX: termodinámica (termo + dinámica):= Parte de la física que trata la acción mecánica del

calor.

LAROUSSE: termodinámica (termo + dinámica):= Rama de la Física que estudia las

propiedades de los sistemas en los que intervienen las nociones de temperatura

Def:= ciencia de la energía

Def:= ciencia que estudia los sistemas y sus interacciones con su entorno

Def:= 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

Therme (calor ) + dynamis (fuerza) TERMODINÁMICA

1. OBJETO Y ÁMBITO DE APLICACIÓN

FÍSICA vs. INGENIERÍA

1. OBJETO Y ÁMBITO DE APLICACIÓN

FÍSICA vs. INGENIERÍA

Centrales eléctricas de combustible fósil y nuclearCompresores, bombas

TurbinasMotores de combustión

Cuerpo

Humano

1. OBJETO Y ÁMBITO DE APLICACIÓN

Sistemas de propulsión para aviones y cohetes

Sistemas de combustión

Sistemas de calefacción, refrigeración y aire acondicionado

Sistemas de energías alternativas (Eólico, solar, mareomotriz, etc.)

Otros: Microprocesadores, Aplicaciones biomédicas, Sistemas criogénicos, ...

2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA TERMODINÁMICA

2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA TERMODINÁMICA

Principio Cero: permite definir la temperatura como una propiedad.

Primer Principio: define el concepto de energía como magnitud

conservativa.

Segundo Principio: define la entropía como medida de la dirección de los

procesos.

Tercer Principio: interpretación física de la entropía como orden de los

sistemas; se usa en termoquímica.

Peter William Atkins ha expuesto así la cronología de las leyes termodinámicas (The Second

Law, Scientific American Library 1984):

"There are four laws. The third of them, the Second Law, was recognized first; the first, the

Zeroth Law, was formulated last; the First Law was second; the Third Law might not even be a

law in the same sense as the others. Happily, the content of the laws is simpler than their chronology, which represents the difficulty of establishing properties of intangibles."

3. PRINCIPALES LÍNEAS DEL PENSAMIENTO TERMODINÁMICO

PERSPECTIVA MACROSCÓPICA (TERM. CLÁSICA)

PERSPECTIVA MICROSCÓPICA (TERM. ESTADÍSTICA)

PIV MEASURENTS IN ENHANCED SOLAR COLLECTORS

Pedro G. Vicente Quiles

Pedro.vicente@umh.es

PIV MEASURENTS IN ENHANCED SOLAR COLLECTORS

Pedro G. Vicente Quiles

Pedro.vicente@umh.es

MEJORA DEL COMP DE TORRE DE TIRO NATURAL FRENTE A FLUJO DE AIRE

ESTUDIO DE SPRAY PARA ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO

4. SISTEMA TERMODINÁMICO

SISTEMA:= cantidad de materia o región en el espacio elegida para estudio

ENTORNO:= cualquier cosa externa al sistema

FRONTERA:= límite entre sistema y entorno

UNIVERSO:= Conjunto compuesto por el sistema, su entorno y la frontera

SISTEMAFRONTERA ENTORNO

4. SISTEMA TERMODINÁMICO. TIPOS-TRANSFERENCIA DE MASA:

Sistemas abiertos – volumen de

control:= región seleccionada del

espacio

Sistemas cerrados – masa de

control:= cantidad determinada

de materia

0dt

dmm 0m ?

dt

dm

4. SISTEMAS. TIPOS-TRANSFERENCIA DE ENERGÍA (CALOR)

· Sistema adiabático: sin transferencia

· Sistema diatermo: con transferencia

· Sistema Aislado: no intercambio de masa ni energía

0Q

0Q

0Q

0Q

5. PROPIEDADES DE UN SISTEMA TERMODINÁMICO

PROPIEDAD:= cualquier característica macroscópica de un sistema tales

como masa, volumen, energía o presión , entre otras, a las que puede

asignarse un valor numérico sin conocimiento previo de la historia del

sistema.

ESTADO := expresa la condición de un sistema definida por el conjunto

de sus propiedades. En un estado dado, todas las propiedades de un

sistema tiene valores fijos. Si el valor de alguna propiedad cambia, el

estado cambiará a uno diferente.

TEST: “Una magnitud es una propiedad si, y

solo si, su cambio de valor entre dos estados es

independiente del proceso”

5. PROPIEDADES DE UN SISTEMA TERMODINÁMICO

PROP. EXTENSIVA:= si su valor para un sistema es la suma de los

valores correspondientes a las partes en que subdivida (masa, volumen ,

energía, ...)

PROP. INTENSIVA:= sus valores son independientes del tamaño o

extensión de un sistema y pueden variar de un punto a otro en un instante

dado (presión, temperatura, ...)

m

V

P

T

r

½ m

½ V

P

T

r

½ m

½ V

P

T

r

Propiedades

extensivas

Propiedades

intensivas

6. PROCESOS Y CICLOS EN SISTEMAS TERMODINÁMICOS

PROCESO:= transformación de un estado a otro.

ESTADO ESTACIONARIO:= cuando ninguna de las propiedades de

un sistema cambia con el tiempo.

CICLO TERMODINÁMICO:= secuencia de procesos que empieza y

termina en el mismo estado.

Estado 1

Estado 2

Proceso

Propiedad A

Propiedad B

7. FASE Y SUSTANCIA PURA

FASE:= cantidad de materia que es homogénea en toda sus extensión

tanto en la composición química como en la estructura física.

SUSTANCIA PURA:= aquella que es uniforme e invariable en su

composición química.

8. EQUILIBRIO

• Eq. Mecánico: Igualdad de fuerzas

• Eq. Térmico: Igualdad de temperaturas

• Eq. de Fases: ausencia de transferencia neta

de una o más especies químicas, de una fase a

otra en un sistemas de fases múltiples.

• Eq. Químico: no existe reacción química

neta

“Principio cero de la Termodinámica”:=

cuando dos cuerpos están en equilibrio

térmico con un tercero, están en equilibrio

entre si.

8. EQUILIBRIO. PROCESO DE CUASIEQUILIBRIO (CUASIESTÁTICO)

Proceso idealizado que se desvía del equilibrio de un modo infinitesimal. Todos los

estados por los que el sistema pasa en proceso de cuasiequilibrio pueden

considerarse procesos de equilibrio. Es un proceso lo suficientemente lento que

permite al sistema realizar un ajuste interno de manera que las propiedades en una

parte de él no cambian más rápido que en otras partes.