Termodinámica: Una danza cósmica de energía La termodinámica, del griego "thermos" (calor) y "dynamis" (fuerza), es una rama de la física que se ocupa de la relación entre el calor y otras formas de energía, como el trabajo mecánico y la energía eléctrica. Es la ciencia que estudia las transformaciones de la energía y cómo estas afectan a los sistemas macroscópicos, aquellos que podemos observar a simple vista o con instrumentos. Un lenguaje para comprender el universo La termodinámica nos proporciona un lenguaje preciso para describir y predecir cómo se comporta la energía en diversos sistemas, desde el funcionamiento de un motor hasta la evolución de las estrellas. Se basa en cuatro leyes fundamentales, que son principios básicos que rigen el comportamiento de la energía en el universo: Primera ley: La conservación de la energía. La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma de una forma a otra. Segunda ley: La entropía. La entropía de un sistema siempre tiende a aumentar en un proceso espontáneo. En otras palabras, los sistemas tienden a pasar de estados ordenados a estados desordenados. Tercera ley: El cero absoluto. Es imposible alcanzar el cero absoluto de temperatura (-273,15°C). Cuarta ley: La invariancia adiabática. La entropía de un sistema en equilibrio termodinámico es invariante bajo una transformación adiabática (sin intercambio de calor). Explorando los sistemas termodinámicos Un sistema termodinámico es una región del espacio que contiene una cantidad definida de materia y energía. Se define por su frontera, que lo separa del resto del universo. Los sistemas pueden ser: Abiertos: Intercambian materia y energía con el entorno. Cerrados: Intercambian solo energía con el entorno. Aislados: No intercambian ni materia ni energía con el entorno. Las variables que definen el estado de un sistema Las propiedades de un sistema termodinámico se describen mediante variables como: Presión: Fuerza por unidad de área que ejerce el sistema sobre su frontera. Volumen: Espacio que ocupa el sistema. Temperatura: Medida de la energía cinética promedio de las partículas del sistema. Energía interna: Suma de todas las formas de energía presentes en el sistema. Entropía: Medida del desorden del sistema. Procesos termodinámicos: Cambios en el estado del sistema Un proceso termodinámico es un cambio en el estado de un sistema. Los procesos pueden ser: Isotérmicos: Se realizan a temperatura constante. Adiabáticos: No hay intercambio de calor con el entorno. Isovolumétricos: Se realizan a volumen constante. Isóbaros: Se realizan a presión constante. Motores térmicos: Convirtiendo el calor en trabajo Un motor térmico es un dispositivo que convierte el calor en trabajo mecánico. El ciclo de Carnot es un modelo ideal para un motor térmico. La eficiencia de un motor térmico está limitada por la segunda ley de la termodinámica. Refrigeradores y bombas de calor: Moviendo el calor contra la corriente

1. TERMODINAMICA
UNIDAD I. TEMPERATURA,
ESCALAS,
EFECTOS DEL CALOR

3. Temperatura y equilibrio térmico
El concepto de temperatura
se origina en las ideas
cualitativas de “caliente” y
“frío” basadas en nuestro
sentido del tacto

4. Para una misma sustancia cuanto
mayor es la temperatura, mayor es
la velocidad de las partículas que
la componen

7. El calor (representado con la letra Q) es la energía transferida de un sistema a otro (o de
un sistema a sus alrededores) debido en general a una diferencia de temperatura entre ellos.

8. Si un objeto que está a temperatura alta, entra en contacto con otro de menor
temperatura, le transfiere calor, hasta que los dos tengan la misma temperatura. Se
dice entonces que están en equilibrio térmico.
EQUILIBRIO TERMICO

9. LEY CERO
La "ley cero" establece que, si dos sistemas separados están en equilibrio térmico
con un tercer sistema, aquellos están en equilibrio térmico uno con otro

10. La temperatura empírica, es aquella propiedad cuyo valor es
el mismo para todos los sistemas que están en equilibrio
térmico entre sí. Actualmente se utilizan para medir
temperaturas, las escalas Celsius y Fahrenheit.
Temperatura termodinámica: Es independiente de las
propiedades de una o varias sustancias que se emplean para
medir temperaturas.
En el sistema internacional se utiliza la escala Kelvin
En el sistema inglés se utiliza la escala Rankine
TEMPERATURA EMPIRICA Y TERMODINAMICA

11. TEMPERATURA EMPIRICA
Tipos de termómetros:
De mercurio en vidrio: basado en la expansión de mercurio y vidrio (),
De resistencia eléctrica: basado en el cambio en la resistencia eléctrica,
De gas ideal de volumen constante: se basa en el comportamiento presión-
temperatura de un gas.
Se asignan temperaturas fijas a fenómenos físicos repetibles y luego usando un
termómetro para interpolar entre estos puntos.
Los puntos de referencia típicos incluyen el punto de ebullición y de congelamiento
del agua y los puntos de fusión de varios metales a la presión de 1 atm .

12. TERMOMETRO de mercurio
Se le atribuye su invención a Daniel Fahrenheit en 1717

13. Debido a que el mercurio se solidifica a 39º C y hierve a 357º C,
los termómetros de mercurio no pueden usarse para comparar
temperaturas por debajo del punto de fusión ni por arriba del punto de
ebullición. Para ello se emplean otros tipos de sustancias como el alcohol
metílico, que solidifica a –110º C pero hierve a 76º C

14. Desarrollada por Anders Celsius
(sueco) en 1742
Unidad: °C
Escala centesimal, sus referencias
son punto de ebullición del agua:
100°C
Punto de congelación: 0°C
ESCALA CELSIUS (CENTIGRADA)
Desarrollada por Daniel Fahrenheit
(alemán) en 1717
Unidad: °F
Sus referencias son punto de
ebullición del agua: 212°F
Punto de congelación: 32°F
Tiene 180 divisiones.
ESCALA FAHRENHEIT

15. Uno de los mayores logros de la termodinámica ha sido el desarrollo de una
escala de temperatura absoluta o termodinámica que sea independiente de
cualquier sustancia. Siguiendo una sugerencia hecha por Lord Kelvin en
1848, podemos establecer tal escala de temperatura utilizando la Segunda
Ley de la Termodinámica.

17. 180
32
100
100
273 


 
 F
C
K T
T
T
9
32
5
5
273 


 
 F
C
K T
T
T
9
9
5
5
R
F
C
K T
T
T
T 





 


18. El cero absoluto corresponde a la temperatura en la cual un sistema de moléculas (como
una cantidad de gas, líquido o sólido) tiene su energía total (cinética + potencial) mínima
posible.

19. 1) Cuánto vale el 0 absoluto Kelvin en la escala Fahrenheit?
2) En cierto lugar la temperatura se incrementó en 21°C. ¿A cuánto equivale este
incremento en la escala Fahrenheit?
3) Dos vasos con agua A y B están a igual temperatura. La temperatura del vaso A se
incrementa en 10 °F y la del B se incrementa en 10 K. ¿Cuál de los vasos está a mayor
temperatura?
4) ¿Te animas a completar la tabla?
°C K °F R
100° 212°
0° 273 32°
0

20. DILATACIÓN TERMICA
Casi todos los materiales se
expanden al aumentar su
temperatura.

22. Expansión superficial

24.    
  m
T
L
L 009
,
50
20
35
10
2
,
1
1
50
.
1 5
0 







 

m
L
L
787
,
35
009
,
50
794
,
35
50
794
,
35
50
009
,
50






25. El volumen que desborda es igual a la diferencia de dilataciones volumétricas del
mercurio y el vidrio:
   
     
3
5
5
0
0
0
69
,
2
10
4
,
0
3
10
18
20
100
200
.
3
.
.
.
.
3
1
.
1
cm
V
T
V
V
T
V
T
V
V
V
V
d
v
hg
d
v
hg
v
hg
d



























