TERMONIDAMICA

Martin Cuesta 11-1

La termodinámica es la rama de la física que estudia la energía, la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo.

*Concepto General

Dimensión: Es el nombre que se le da a las cantidades físicas, así: Longitud, masa, tiempo, etc. Unidad: Es la medida de la dimensión. Por ejemplo: pie, metro, y milla son unidades de la dimensión longitud. Cualquier medida física tiene dimensiones y debe ser expresada en las unidades correspondientes a

estas dimensiones de acuerdo con un sistema de unidades particular. Dimensión es el nombre que se le da a las cantidades físicas: longitud, masa, tiempo, etc. Unidad es la medida de la dimensión; por ejemplo, pie, metro, y milla son unidades de la dimensión longitud. Expresar una aceleración como 9,8 no tiene sentido; si se agrega la unidad correspondiente de un determinado sistema y se dice por ejemplo que la aceleración es 9,8 m/s2, esta información adquiere sentido.

*Dimensiones y unidades

En virtud de esta agitación aleatoria, los átomos y moléculas de la materia poseen cierta ENERGÍA INTERNA, ya que tienen Energía Cinética en forma de movimiento y también Energía Potencial debido a las fuerzas que se ejercen entre las partículas. La Energía Interna también se le conoce como la Energía Térmica de los cuerpos (o Energía Calorífica, es lo mismo).

La TEMPERATURA es la magnitud que permite registrar el valor promedio de la Energía Interna de los cuerpos.

*Temperatura y energía térmica

Moléculas de un cuerpo en estado de agitación continua. La dirección del movimiento es aleatoria en todas sus formas

La calorimetría mide el calor en una reacción química  o un cambio de estado  usando un instrumento llamado calorímetro

*Calorimetría

I. Siempre que entre varios cuerpos haya un intercambio de energía térmica, la cantidad de calor perdido por unos cuerpos es igual a la cantidad de calor ganada por los otros.

II. La cantidad de calor absorbida o desprendida por un cuerpo es directamente proporcional a su variación de temperatura. Así, para elevar la temperatura de un cuerpo de 20°C se requiere el doble de cantidad de energía térmica que para elevarla a 10°C.

III. La cantidad de calor absorbida o desprendida por un cuerpo es directamente proporcional a su masa.

IV. Cuando varios cuerpos a temperaturas diferentes se ponen en contacto, la energía térmica se desplaza hacia los cuerpos cuya temperatura es más baja. El equilibrio térmico ocurre cuando todos los cuerpos quedan a la misma temperatura.

*Principios de Calorimetría

Todos los cuerpos materiales (sólidos, líquidos y gaseosos) experimentan una dilatación de su volumen cuando aumenta su temperatura interna. Dependiendo de la sustancia, cada una posee diferente comportamiento, el cual se registra con un coeficiente de dilatación específico para cada material. 

*Dilatación

Este principio o ley cero, establece que existe una determinada propiedad denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado.

En palabras llanas: «Si pones en contacto un objeto frío con otro caliente, ambos evolucionan hasta que sus temperaturas se igualan».

Este principio fundamental, aún siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibiese el nombre de principio cero.

-Ley Cero

También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.

En palabras llanas: "La energía ni se crea ni se destruye: solo se transforma".

Esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna.

-Primera ley

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de los signos termodinámico , queda de la forma:

Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.

Esta ley marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario

También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el primer principio.

Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.

-Segunda Ley

Afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto

-Tercera Ley

*Aplicaciones de la Termodinámica

* En la construcción de edificaciones, en especial de las estructuras metálicas se tiene que tomar en cuenta sus propiedades al dilatarse o contraerse con los cambios de temperatura del ambiente.* En el estudio de los cambios de fase de las diferentes sustancias.* En la construcción de máquinas térmicas, por ejemplo: motores que funcionan con combustible, refrigeradoras ...*El estudio del rendimiento de reacciones energéticas.*El estudio de la viabilidad de reacciones químicas.*El estudio de las propiedades térmicas de los sistemas (dilataciones, contracciones y cambios de fase).*Establece rangos delimitados de los procesos posibles en función de leyes negativas.