TEMA N° 5: TERMODINÁMICA

DOCENTE: FERNANDO QUIROZ VIDARTE

MIGUEL BANCES TUÑOQUE

Correo electrónico : ……………@

"ACREDITACIÓN: COMPROMISO DE TODOS"

ASIGNATURA: FISICA MÉDICACICLO : PRIMER AÑOSEMESTRE: 2015-IIUNIDAD: GASES - TERMODINAMICASEMANA : QUINTA

231/08/2015 Departamento de Ciencias Básicas

•¿Cómo es su comportamiento del calor?

¿Es lo mismo calor y temperatura?

331/08/2015 Departamento de Ciencias Básicas

¿Qué leyes termodinámicas conoces?

¿El calor es materia y se puede almacenar?

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2. CONTENIDO

31/08/2015 Departamento de Ciencias Básicas

1. Ley cero de la Termodinámica

2. Definiciones de Calor y Trabajo

3. Sistema abierto, cerrado, aislado

4. Primera ley de la termodinámica

5. El diagrama P-V

6. Definición de caloría, y su utilidad en el valor energético en los alimentos

7. Segundo principio de la termodinámica

8. La eficiencia de una máquina ideal

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3. INTRODUCCIÓN

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Energía y la propiedades relacionadas con la materiaTransformación del calor en otras formas de energía, y

viceversa: Calor Cambios de estado de la materia En los seres vivos el metabolismo implica numerosas

transformaciones energéticas La regulación de la temperatura en el cuerpo humano

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Ley cero de la termodinámica

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Permitió definir a la “Temperatura” como una propiedad termodinámica. (Movimiento molecular)

Aplicación se convierte en un método para medir la Temperatura de un sistema.

Equilibrio térmico

• Obviamente, si un cuerpo adquiere calor , es porque otro lo cede, de forma que:

Qabsorbido = – Qcedido

• Sea A el cuerpo de menor temperatura (absorberá calor) y el B de mayor temperatura (cederá calor). Al final, ambos adquirirán la misma temperatura de equilibrio (Teq):

mA· ceA· (Teq– T0A) = – mB· ceB· (Teq– T0B)

• O también:

mA· ceA· (Teq– T0A) = mB· ceB· (T0B –Teq)

Definiciones básicas

SISTEMA: volumen de interés (tubo de ensayo, célula, atmósfera, etc)

ALREDEDORES, volumen fuera del sistema

Primera ley de la termodinámica

Q W U

DQ = calor neto absorbido por el sistema

DW = trabajo neto realizado por el sistema sobre sus alrededores

DU = cambio en la energía interna

DQ = calor neto absorbido por el sistema

DW = trabajo neto realizado por el sistema sobre sus alrededores

DU = cambio en la energía interna

La energía no puede crearse o destruirse sólo transformarse de una forma a otra.

En cualquier proceso termodinámico, el calor neto absorbido por un sistema es igual a la suma del equivalente térmico del trabajo realizado por el sistema y el cambio de energía interna del mismo.

El diagrama P-V

Cuando un proceso termodinámico implica cambios en el volumen y/o en la presión, el trabajo realizado por el sistema es igual al área bajo la curva en un diagrama P-V.

P

V

P1

P2

V1V2

Diagrama P-V

W P V

Área bajo la curva P-V

Área bajo la curva P-V

Procesos adiabáticos

Un proceso adiabático es aquel en el que no hay intercambio de energía térmica DQ entre un sistema y sus alrededores.

De la primera ley: DQ = DW + DU

Si DQ = 0 (proceso adiabático)

Entonces

0 = DW + DU

Por lo tanto, DW = -DU

De la primera ley: DQ = DW + DU

Si DQ = 0 (proceso adiabático)

Entonces

0 = DW + DU

Por lo tanto, DW = -DU

Procesos isocórico

Un proceso isocórico es aquel en el que el volumen del sistema permanece constante.

De la primera ley: DQ = DW + DU

Si DW = 0 (proceso isocorico) entonces DQ = 0 + DU

Por lo tanto, DQ = DU

De la primera ley: DQ = DW + DU

Si DW = 0 (proceso isocorico) entonces DQ = 0 + DU

Por lo tanto, DQ = DU

proceso isocorico. También recibeel nombre de proceso isovolumétrico porque no puede haber cambio de volumen sin la realizaciónde trabajo.

Procesos isotérmicos

Un proceso isotérmico es aquel en el que la temperatura del sistema permanece constante.

De la primera ley: DQ = DW + DU

Si DU = 0 (proceso isotérmico) entonces DQ = DW + 0

Por lo tanto, DQ = DW

De la primera ley: DQ = DW + DU

Si DU = 0 (proceso isotérmico) entonces DQ = DW + 0

Por lo tanto, DQ = DW

Calor y trabajo

Se incrementa la energía interna de un sistema cuando realiza un trabajo.

Se incrementa la energía interna de un sistema al proporcionarle calor al sistema.

Función de la energía interna

Un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico si no hay una fuerza resultante que actúe sobre el sistema y si la temperatrua del sistema es la misma que la de sus alrededores.

U Q W DU = cambio en la energía interna

DQ = calor neto absorbido por el sistema

DW = trabajo neto realizado por el sistema sobre sus alrededores

DU = cambio en la energía interna

DQ = calor neto absorbido por el sistema

DW = trabajo neto realizado por el sistema sobre sus alrededores

Función de la energía interna, U:

y Joule

El CALOR siempre fluye de los cuerpos de mása los cuerpos de menos TEMPERATURA.

calor

La cantidad necesaria de CALOR para subir la temperatura de 1 gramo de agua en 1ºC (de 14,5º a 15,5ºC, a presión atmosférica).

Una CALO RÍA es....

calor

¿Algunos ejemplos?

Propagación del calor

Entregamos o quitamos CALOR poniendo en contacto dos o más elementos.

¿Algunos ejemplos?

Propagación del calor

Propagación del calor

Propagación del calor

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ecuaciones del calor• Si se produce:• Aumento su temperatura:

• Q = m· ce · T

• Cambio de estado físico:

• QF = LF · m QV = LV · m

m : masa (kg)

Ce : calor especifico ( J/kg.°C , cal/gr.°C )

T : variación de temperatura ( °C, K )

LF calor latente de fusiónLV calor latente de vaporizacion

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Calor y temperatura.• Cuando un cuerpo recibe calor puede:• Aumentar su temperatura. En este caso, el calor recibido dependerá de:• Lo que se quiera aumentar T (T)• De la masa a calentar (m)• Del tipo de sustancia (ce = calor específico)

• Cambiar de estado físico. En este caso la temperatura no varía, y el calor recibido dependerá de:• De la masa a cambiar de estado (m)• Del tipo de sustancia (Lf o Lv = calor latente de fusión o

vaporización)• Ambas cosas.

Unidad de medición para la energía     en los alimentos

La energía que potencialmente poseen los alimentos y la que se libera de los procesos bioquímicos se mide en términos de caloría (cal, caloría pequeña) o kilocaloría (kcal, Cal, caloría grande). Estas son las unidades de calor utilizada para expresar el valor energético de los alimentos y del movimiento humano (ejercicios y actividad física).

Los alimentos pueden medirse por sus calorías, o sea, por el calor almacenado en ellos.1 cal = 4.186 J

Segunda ley de la termodinámica

Segunda ley de la termodinámica

Es imposibble constriuir una máquina que, funcionando de manera continua, no produzca otro efecto que la extracción de calor de una fuente y la realización de una cantidad equivalente de trabajo.

Wsal = trabajo de salidaQent = calor de entradaQsal = calor de salida

Wsal = trabajo de salidaQent = calor de entradaQsal = calor de salida

E = eficienciaQent = calor de entradaQsal = calor de salida

E = eficienciaQent = calor de entradaQsal = calor de salida

1. Una cantidad de calor Qentse suministra a la máquina desde un recipiente a alta temperaturaT .

2. La máquina realiza un trabajo mecánico Wsalmediante la utilización de una parte delcalor de entrada.

3. Una cantidad de calor Qsalse libera al recipiente de baja temperaturara.

𝑾 𝒔𝒂𝒍=𝑸𝒆𝒏𝒕−𝑸𝒔𝒂𝒍

E

Representación esquemática de una máquina térmica. La máquina absorbe energía térmica Qent de un depósito caliente, libera la

energía térmica Qsal al depósito frío y efectúa un trabajo W.

Depósito frío a Tsal

Motor

Deposito caliente a Tent

Qent

Qsal

W

Las máquinas térmicas son las encargadas de transformar Q en W y tienen un rendimiento inferior al 100 %

La eficiencia de una máquina ideal

Una máquina ideal es aquella que tiene la más alta eficiencia posible para los límites de temperatura dentro de los cuales opera.

ET T

Tin out

in

Mientras mayor sea la diferencia

de temperatura entre los dos recipientes, mayor será la eficiencia de la máquina.

Es una propiedad intrínseca de la materia.

2 1

QS S S

T

Es una función de estado del sistema cuya variación en un proceso de un estado 1 a otro 2 viene dada por:

Entropía S

La entropía es una medida del desorden. Un sistema tiende naturalmente hacia un mayor desorden. Cuanto mas orden haya, mas baja será la entropía del sistema.• Esta aumentando la entropía del Universo.

2 1

QS S S

T

Es una función de estado del sistema cuya variación en un proceso de un estado 1 a otro 2

Entropía S

El cambio en la entropía de un sistema (S), cuando a un proceso reversible a temperatura constante se le añade o quita una cantidad de calor (Q) es

(cambio de entropía a temperatura constante)

(𝐉𝐊

)

Entropía SMientras realiza ejercicio físico a 34°C, un atleta pierde 0,400 kg de agua por hora a travésde la evaporación de la transpiración de su piel. Calcule el cambio de entropía en el aguaconforme se evapora. El calor latente de la evaporación por transpiración es de aproximadamente 24.2 x J/kg

ejemplo

Solución. Por el enunciado del problema, tenemosm= 0,400 kg T= 34°C=307 K Lv =24.2 xJ/kg

Puesto que hay un cambio de fase, el agua absorbe calor latente:

Q = mLv = 9,68 x J

Entonces

Q es positivo porque se agrega calor al sistema.Por lo tanto, el cambio de entropía tambiénes positivo: aumenta la entropía del agua. Este resultado es razonable porque un estado gaseoso es mas aleatorio (desordenado) que un estado liquido.

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5. IDEAS CLAVE

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1. Equilibrio térmico2. Temperatura3. Calor4. Máquina Térmica5. Entropía

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6. CONCLUSIONES

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LA TERMODINÁMICA Y EL CUERPO HUMANO

Cuerpo humano no es un sistema cerrado

El cuerpo humano es un ejemplo de una máquina de calor biológica. La fuente de energía de esta maquina es la energía metabolizada a partir de los alimentos y los tejidos adiposos.

Parte de esta energía se convierte en trabajo, y el resto se expulsa hacia el ambiente en forma de calor

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Ejemplos de evaluación

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1. Un objeto metálico de 2.0 kg con una temperatura de 90 °C se sumerge en 1.0 kg de agua a 20 °C. El sistema agua metal alcanza un equilibrio a 32 °C. ¿Cuál es el calor específico del metal?

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2 Una persona emitió 180 kcal de calor en la evaporación del agua en su piel en una sesión de ejercicios. ¿Cuánta agua perdió esta persona, suponiendo que el calor emitido sólo se usó para evaporar el agua?

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3 La sangre transporta el exceso de calor del interior a la superficie del cuerpo, donde se dispersa el calor. Si 0.250 kg de sangre a una temperatura de 37.0°C fluye hacia la superficie y pierde 1500 J de calor, ¿cuál será la temperatura de la sangre cuando fluye de regreso al interior? Suponga que la sangre tiene el mismo calor específico que el agua.

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GRACIAS

17/08/2015 Departamento de Ciencias Básicas

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