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
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
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