Unidad 1: Introduccin y conceptos fundamentales

TERMODINMICA:

Es una rama de las ciencias fsicas que estudia fenmenos de

energa y las propiedades de la materia relacionadas a tales

hechos.

Estudia fundamentalmente la transformacin de calor en otras

formas de energa y viceversa.

Se basa en dos leyes fundamentales del comportamiento de la

naturaleza.

Es una ciencia experimental o emprica.

Acondicionamiento de aire Mquinas trmicas

reas de aplicacin Mquinas frigorficas Combustin

Transferencia de calor, etc.

Sistemas y medio exterior - Tipos de sistemas

SISTEMA: porcin del universo que se desea estudiar, limitado por

una superficie real o imaginaria, fija o mvil a travs de la cual

puede o no transferirse materia y/o energa (FRONTERA DEL

SISTEMA)

MEDIO EXTERIOR: regin que rodea al sistema.

Tipos de sistemas

CERRADO: la masa no atraviesa su superficie

ABIERTO: a travs de su superficie hay flujo de masa.

AISLADO: no cambia energa fuera de su superficie

Ejemplos de sistemas

Gas

Motor de

automocin

Entrada de aire

Frontera (superficie

de control)

Entrada de

combustible

Eje de transmisin

Salida de

gases

Frontera

(superficie

de control)

Clasificacin de los sistemas segn su composicin

HOMOGNEOS: si su composicin y estructura fsica es

uniforme

HETEROGNEOS: cuando no se verifican las condiciones

anteriores.

Estado de un sistema

Propiedades:caractersticas macroscpicas de un sistema, a las

que pueden asignarse un valor numrico en un instante

dado(coordenadas termodinmicas o variables de estado). No

implica el conocimiento previo de la historia del sistema.

Estado: condicin de un sistema definida por el conjunto de sus

propiedades.

Clasificacin de las propiedades

Intensivas: son independientes de la masa. Ejemplos: temperatura,

presin, densidad, viscosidad.

Extensivas: dependen de la masa del sistema. Ejemplos: volumen,

energa interna.

El cociente entre el valor de una propiedad extensiva y la masa de

un sistema se denomina valor especfico de esta variable

Repaso de conceptos fundamentales

Mol de un gas: es la masa de una sustancia gaseosa simple o

compuesta, en gramos, igual a su masa molecular..

Ley de Avogadro: Volmenes iguales de gases ideales a una presin y

temperaturas particulares, contienen el mismo n de molculas y de

moles.

N = 6.022 * 1023 molculas por gramo -mol.

El volumen molar normal corresponde a las condiciones normales

K)273 temp,cmkg/ 1.033(presin

414.22

2

3mn

VmV

mnv

m

V

m

V

n

VVm siendo *

TRPV mm

TRn

VP m

n. defuncin en ideal gas de masa estado deecuacin TnRPV m

perfecto gas del universal omolar Constante mRR

KkgmolkgmK

kgmolmmkgRm /83.847

16.273

/414,22*/332,10 32

Equilibio termodinmico

El estado final estacionario de un sistema aislado equilibrio termodinmico.

El equilibrio termodinmico exige la existencia simultnea de equilibrios internos

y con el medio exterior. Tales como:

Equilibrio mecnico

qumico

trmico

elctrico

magntico

difusional, etc.

Estable

Define un estado

Sistema en equilibrio Independiente del espacio y del tiempo Las variables se denominan termostticas

Una variable termodinmica es funcin de las otras

Transformaciones o procesos- Reversibilidad e irreversibilidad

Proceso : toda variacin de las coordenadas

termodinmicas de un sistema.

Proceso reversible: en todo instante se

mantiene uniforme la P, T y de cada

porcin homognea.

Es una sucesin de estados de equilibrio o estados que difieren

infinitesimalmente del equilibrio

Proceso irreversible: cuando los estados

que atraviesa el sistema estn alejados

de la uniformidad

Prcticamente todos los procesos reales son irreversibles ocurren con

diferencia finita de temperatura o de

presin ( o de ambas)

gas

Ciclo: Cuando cierta masa de fluido en un estado particular pasa por una

serie de procesos y regresa a su estado inicial.

SISTEMAS DE UNIDADES

CANTIDAD FISICA NOMBRE DE LA UNIDAD SIMBOLO SI

Longitud metro m

Masa kilogramo kg

Tiempo segundo s

Temperatura termodinmica kelvin K

Corriente elctrica ampere A

Intensidad luminosa candela cd

TEMPERATURA

Sistema

Aislado

A Sistema B

aislado

Contacto trmico

A B

La temperatura de un cuerpo es su estado trmico

considerado con referencia a su poder de comunicar

calor a otros cuerpos

Es una indicacin de la agitacin trmica interna de la

materia (punto de vista microscpico)

PRINCIPIO CERO Y ESCALAS DE TEMPERATURA

Principio cero: Cuando dos sistemas estn a igual temperatura que un tercero, estn a igual temperatura entre s

Escala de temperatura:

Para asignar un valor numrico a la temperatura de un cuerpo dado, se

requieren:

1.- Considerar alguna propiedad mensurable que vare con la temperatura

2.- Seleccionar temperaturas fijas o puntos fijos. Universalmente se han

adoptado el punto de fusin del hielo o punto de hielo y el punto de

ebullicin del agua o punto de vapor.

3.- Los valores numricos asignados a las temperaturas de los puntos fijos

son arbitrarias.

4.- El intervalo definido por stos se divide en partes: 100 en la escala

Celsius y en 180 partes en la escala Farenheit.

En la escala Celsius, para determinar la temperatura de un sistema, se mide la

propiedad seleccionada colocando el termmetro

1 a la temperatura de un punto fijo

2 a la temperatura del otro punto fijo

3 a la temperatura que se desea determinar.

Si Xh : valor de la propiedad en el punto de hielo

Xv en el punto de vapor

X a la temperatura desconocida

Resulta:

hv

h

XX

XXt

100

Calor especfico

Es la cantidad de calor necesaria para aumentar un grado la temperatura

de la unidad de masa de una sustancia (Sin modificaciones qumicas ni cambio de estado fsico)

tmCQ

.... ct bt a C

absoluta) ra(temperatu f(t) C gases Para

slidosy lquidos para cte menteaproximada C

2

mCdtdQ

2

1

t

t

cdtmQ

Grficamente, si conocemos cmo vara C en funcin de t

Las reas AAC y CBB deben tomarse

iguales para trazos Cm

2

1

t

t

AABBcdtq

prcticas

esaplicacion

en empleada) t(tmCQ m 12

2

1

ABBA )( 12

t

t

m reacdtttCm

Qq

12

2

1mC tt

cdt

t

t

t

L

Bt2t1

A

A

CB

B

dt

A

C

Cm

Calorimetra: Mide las cantidades de calor que un cuerpo o sistema de

cuerpos reciben o entregan en un determinado proceso

Balance trmico:

Cuando se ponen en contacto varios cuerpos

que se encuentran a diferentes

temperaturas, hay transmisin de calor en

el sentido de estados trmicos

decrecientes.

Al final del proceso todos los cuerpos

adquieren una temperatura comn de

equilibrio

A B

ta tb0Q

0

)(

)(

Ejemplo

baba

fbbbb

faaaa

QQQQ

ttCMQ

ttCMQ