Termodinámica

Termodinámica gy isaialtredo 13, 2016 16 pagcs Máquina térmica típica donde puede observarse la entrada desde una fuente de calor (caldera) a la izquierda y la salida a un disipador de calor (condensador) a la derecha. El trabajo se extrae en este caso mediante una serie de pistones. La termodinámica (del griego BEppo, termo, que significa acalor»l y búvaptq, dinamis, que significa es la rama de la física que describe los estados de equilibrio a nivel macroscópico. El Diccionario de la lengua española de la Real Academia Española, por su parte, define a la termodinámica como la ama de la física encargada del estudio de la interaccion entre el calor y otras manifestaciones de la energía. 4 Constituye una teoría fenomenológica a artir de razonamientos deductivos, que estudia sistemas 16 experimental. Los e dos por medio de magnit es e interna, la entropía, e sistema,6 0 por medi tale igue un método studian y definen mo la energía ión molar del ensivas derivadas de las anteriores como la temperatura, presión y el potencial químico; otras magnitudes, tales como la imanación, la fuerza electromotriz y las asociadas con la mecánica de los medios continuos en general también pueden tratarse por

Lo sentimos, pero las muestras de ensayos completos están disponibles solo para usuarios registrados

Elija un plan de membresía
medio de la ermodinámica. La termodinámica ofrece un aparato formal aplicable únicamente a estados de equilibrio,8 definidos como aquel estado hacia «el que todo sistema tiende a evolucionar y caracterizado porque en el mismo todas las propiedades del sistema Swipe to page quedan determinadas por factores intrínsecos y no por influencias externas previamente aplicadas». Tales estados terminales de equilibrio son, por definición, independientes del tiempo, y todo el aparato formal de la termodinámca -todas las leyes y variables termodinámicas- se definen de tal modo que podría decirse que un sistema está en equilibrio si sus ropiedades pueden describirse consistentemente empleando la teoría termodinámica. 6 Los estados de equilibrio son necesariamente coherentes con los contornos del sistema y las restricciones a las que esté sometido.

Por medio de los cambios producidos en estas restricciones (esto es, al retirar limitaciones tales como impedir la expansión del volumen del sistema, impedir el flujo de calor, etc. ), el sistema tenderá a evolucionar de un estado de equilibrio a otro;9 comparando ambos estados de equilibrio, la termodinámica permite estudiar los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre sistemas térmicos iferentes. Como ciencia fenomenológica, la termodinámica no se ocupa de ofrecer una interpretación física de sus magnitudes.

La primera de ellas, la energ(a interna, se acepta como una manifestación macroscópica de las leyes de conservación de la energía a nivel microscópco, que permite caracterizar el estado energético del sistema macroscópico. 10 El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas son los que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas en forma de calor o trabajo, y que solo puede hacerse de una determinada manera.

También se introduce una magnitud llamada entropía,11 que se define como aquella fu 2 OF determinada manera. También se introduce una magnitud llamada entropía,11 que se define como aquella función extensiva de la energía interna, el volumen y la composicion molar que toma valores máximos en equilibro: el pnncpio de maximización de la entropía define el sentido en el que el sistema evoluciona de un estado de equilibrio a otro. 2 Es la mecánica estadística, íntimamente relacionada con la termodinámica, la que ofrece una interpretación física de ambas magnitudes: la energía interna se dentifica con la suma de las energías individuales de los átomos y moléculas del sistema, y la entropía mide el grado de orden y el estado dinámico de los sistemas, y tiene una conexión muy fuerte con la teoría de información. 13 En la termodinámica se estudlan y claslfican las interacclones entre diversos sistemas, lo que lleva a definir conceptos como sistema termodinámico y su contorno. n sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estado. Estas se pueden combinar para expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos, útiles para determinar as condiciones de equilibrio entre sistemas y los procesos espontáneos. Con estas herramientas, la termodinámica describe cómo los sistemas responden a los cambios en su entorno. Esto se puede aplicar a una amplia variedad de ramas de la ciencia y de la ingeniería, tales como motores, cambios de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte, e incluso agujeros negros. ?ndice 1 Historia de la termodinámica 2 Leyes de la termodinámica 2. 1 Principio cero de la termodinámica 2. 2 Primera ley de la termodinám la termodinámica 2. 2 Primera ley de la termodinámica 2. 3 Segunda ley de la termodinámica . 3. 1 Enunciado de Celsius 2. 3. 2 Enunciado de Kelvin—Planck 2. 3. 3 Otra interpretación 2. 4 Tercera ley de la termodinámica 2. 5 Sistema 2. 6 Medio externo 3 Equilibrio térmico 3. 1 Variables termodinámicas 3. 2 Estado de un sistema 3. 3 Equilibrio térmico 3. 4 Foco térmico 3. Contacto térmico 4 Procesos termodinámicos 5 Rendimiento termodinámico o eficiencia 5. 1 Teorema de Carnot 6 Diagramas termodinámicos 7 Véase también 8 Referencias 8. 1 Notas 8. 2 Bibliografía 9 Enlaces externos Historia de la termodinámica La historia de la termodinámica como disciplina científica se onsidera generalmente que comienza con Otto van Guericke quien, en 1650, construyó y diseñó la primera bomba de vacío y demostró las propiedades del vacío usando sus hemisferios de Magdeburgo.

Guericke fue impulsado a hacer el vacío con el fin de refutar la suposición de Aristóteles que “la naturaleza aborrece el vacío”. poco después de Guericke, el fisico y el químico Robert Boyle estudió y mejoró los diseños de Guericke y en 1656, en coordinación con el científ oke, construyó una bomba de aire. Con esta b Hooke observaron en estos conceptos, construyó un digestor de vapor, que era un ecipiente cerrado con una tapa de cierre hermético en el que el vapor confinado alcanzaba una alta presión, aumentando el punto de ebullición y acortando el tiempo de cocción de los alimentos.

En 1697, el ingeniero Thomas ry, a partir de los diseños de papín, construyó el primer motor térmico, seguido por Thomas Newcomen en 1 712. Aunque estos primeros motores eran toscos y poco eficientes, atrajeron la atención de los científicos más destacados de la época. En 1733, Bernoulli usó métodos estadísticos, junto con la mecánica clásica, para extraer resultados de la hidrodinámica, iniciando la mecánica estadística.

En 1781 los conceptos de capacidad calorfica y calor latente, fueron desarrollados por el profesor Joseph Black de la Universidad de Glasgow, donde James Watt trabajó como fabricante de instrumentos. Watt consultó con Black en las pruebas de la máquina de vapor, pero fue Watt quien concibió la idea del condensador externo, aumentando grandemente la eficiencia de la máquina de vapor. En 1783, Antoine Lavoisier propone la teor(a del calórico. En 1798 Benjamin Thompson, conde de Rumford, demostró la conversión del trabajo mecánico en calor.

Nicolas Léonard Sadi Carnot, considerado como el “padre de la ermodinámica ‘ Sobre la base de todo este trabajo previo, Sadi Carnot, el “padre de la termodinámica publicó en 1824 Reflexiones sobre la energía motriz del fuego, un discurso sobre la eficiencia termica, la energía, la energía motriz y el motor. El documento describe las relaciones básicas energéticas entre la máquina de Carnot, el ciclo de Carnot s OF documento describe las relaciones básicas energéticas entre la máquina de Carnot, el ciclo de Carnot y energía motriz, marcando el inicio de la termodinámica como ciencia moderna.

El primer libro de texto sobre termodinámica fue escrito en 859 por William Rankine, quien originalmente se formó como fisico y profesor de ingeniería civil y mecánica en la Universidad de Glasgow. La primera y segunda leyes de la termodinámica surgieron simultáneamente en la década de 1 850, principalmente por las obras de Germain Henri Hess, William Rankine, Rudolf Clausius, James Prescott Joule y William Thomson (Lord Kelvin). Los fundamentos de la termodinámica estadística se establecieron por los físicos como James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann, Max Planck, Rudolf Clausius, Johannes van der Waals y J.

Willard Gibbs. Desde 1873 hasta el 76, el físico matemático estadounidense Josiah Willard Gibbs publicó una serie de tres artículos, siendo la más famosa Sobre el equilibrio de las sustancias heterogéneas. Gibbs demostró cómo los procesos termodinámicos, incluyendo reacciones químicas, se podrían analizar gráficamente. Mediante el estudio de la energía, la entropía, volumen, potencial químico, la temperatura y la presión del sistema termodinámico, se puede determinar si un proceso se produce espontáneamente.

La termodinámica química y la fisicoquímica fueron desarrolladas además por Walther Nernst, Pierre Duhem, Gilbert N. Lewis, Jacobus Henricus van ‘t Hoff, y Théophile de Donder, entre otros, plicando los métodos matemáticos de Gibbs. También fueron de importancia para la termodinámica los desarrollos en termometría y manometría. Leyes 6 OF fueron de importancia para la termodinámica los desarrollos en termometr(a y manometr(a.

Leyes de la termodinámica pnncpio cero de la termodinámica Artículo principal: Principio cero de la termodinámica Este principio o ley cero, establece que existe una determinada propiedad denominada temperatura empírica 9, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado. En palabras simples: «Si se pone un objeto con cierta temperatura en contacto con otro a una temperatura distinta, ambos intercambian calor hasta que sus temperaturas se igualan».

Tiene una gran importancia experimental «pues permite construir instrumentos que midan la temperatura de un sistema» pero no resulta tan importante en el marco teórico de la termodinámica. El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir o dar a conocer un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión ineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x, y) no son dependientes del tiempo.

El tiempo es un parámetro cinético, asoclado a nivel microscópico; el cual a su vez está dentro de la físico química y no es parámetro debido a que a la termodinámica solo le interesa trabajar con un tiempo inicial y otro final. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se las conoce como coordenadas térmicas y dinámicas del sistema. Este principio fundamental, aún siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que nunciado las otras tres leyes. De ahí que recibiese el nombre de principio cero.

Resumidamente: Si dos sistemas están por separado en equilibrio con un tercero, entonces también deben estar en equilibrio entre ellos. Si tres o más sistemas están en contacto térmico y todos juntos en equilibrio, entonces cualquier par está en equilibrio por separado. Primera ley de la termodinámica Articulo principal: Primera ley de la termodinámica También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien este intercambia calor con otro, la energía nterna del sistema cambiará.

Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin para formular, e una manera matemática, las bases de la termodinámica.

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente: Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de 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. Es (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema. Esta última expresión es igual de frecuente encontrarla en la forma .

Ambas expresiones, aparentemente contradictonas, on correctas y su diferencia está en que se aplique el convenio de signos ILJPAC o el Tradicional (véase criterio de signos termodinámico). ilustración de la segunda ley mediante una máquina térmica Segunda ley de la termodinámica Articulo principal: Segunda ley de la termodinámica Esta ley marca la direccion en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámcos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, dice algo así como que una mancha de tinta dispersada en el agua no puede volver a concentrarse en un pequeño volumen).

También establece, n algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo a 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 solo el primer principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud fisica llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.

Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de alor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico. La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen tra térmico. obtienen trabajo mecánico mediante aporte de calor de una fuente o foco caliente, para ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero frío. La diferencia entre los dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico obtenido.

Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio, destacándose el de Clausius y el de Kelvin. Enunciado de Celsius Diagrama del ciclo de Carnot en función de la presión y el volumen. En palabras de Sears es: «No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más elevada».

Enunciado de Kelvin—Planck Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito, con la realización de una cantidad igual de trabajo. Sería correcto decir que “Es imposible construir una máquina que, perando ciclicamente, produzca como único efecto la extracclón de calor de un foco y la realización equivalente de trabajo”.

Varia con el primero, dado a que en él, se puede deducir que la máquina transforma todo el trabajo en calor, y, que el resto, para otras funciones… Este enunciado afirma la imposibilidad de construir una máquina que convierta todo el calor en trabajo. Siempre es necesario intercambiar calor con un segundo foco (el foco frío), de forma que parte del calor absorbido se expulsa como calor de desecho al ambiente. Ese calor desechado, no pude reutilizarse para aumentar el calor