TermodinámicaTermodinámica

Parte de la ciencia que estudia Parte de la ciencia que estudia las transformaciones del las transformaciones del calor

en en energíaenergía mecánica y viceversa mecánica y viceversa

1.Energía interna U1.Energía interna UTodas las partículas elementales de un cuerpo Todas las partículas elementales de un cuerpo poseen una cierta energía, (mov. Giratorio, poseen una cierta energía, (mov. Giratorio, orbital, enlaces químicos) etc. orbital, enlaces químicos) etc. La suma de todas estas energías cinéticas se La suma de todas estas energías cinéticas se denomina denomina energía interna.energía interna.En un sistema En un sistema UU depende sólo del estado físico depende sólo del estado físico del material: constitución, presión, volumen y del material: constitución, presión, volumen y temperatura. temperatura. La U es imposible de determinar, pero si La U es imposible de determinar, pero si cuantificar sus variaciones cuantificar sus variaciones

TU ∆=∆

2. Calor2. CalorEnergía que se transfiere de un objeto a Energía que se transfiere de un objeto a otro debido a una diferencia de otro debido a una diferencia de temperatura.temperatura.

C = [J/ºK] 1cal=4.184 JC = [J/ºK] 1cal=4.184 JUna caloría es el calor necesario para Una caloría es el calor necesario para elevar la temperatura de 1g de agua 1ºCelevar la temperatura de 1g de agua 1ºC

TCmQ e∆=

Calor específico

Calor especificoCalor especificoCalor especifico a presión = cte. (cCalor especifico a presión = cte. (c pp) )

Cantidad de calor necesaria para que 1 mol de un gas eleve Cantidad de calor necesaria para que 1 mol de un gas eleve la temperatura 1ºk manteniendo cte. La la temperatura 1ºk manteniendo cte. La presiónpresión

Calor especifico a volumen = cte. (cCalor especifico a volumen = cte. (c vv)) Cantidad de calor necesaria para que 1 mol de un gas eleve Cantidad de calor necesaria para que 1 mol de un gas eleve

la temperatura 1ºk manteniendo cte. El la temperatura 1ºk manteniendo cte. El volumenvolumen

Coeficiente adiabáticoCoeficiente adiabático

TncQ p∆=

TncQ v∆=

v

p

c

c=γ

cp – cv = R = 2 cal/mol.ºk

Calor. Convenio de signosCalor. Convenio de signos

Sistema Q<0Q>0

Calor absorbidopor el sistema

Calor cedidopor el sistema

Trabajo. Convenio de signosTrabajo. Convenio de signos

Sistema W>0W<0

Trabajo absorbidopor el sistema

Trabajo realizadopor el sistema

Primer principio de la Primer principio de la TermodinámicaTermodinámica

En un sistema cerrado* la diferencia En un sistema cerrado* la diferencia entre el calor intercambiado y el entre el calor intercambiado y el trabajo realizado por el sistema es un trabajo realizado por el sistema es un valor cte.valor cte.

∆ ∆ energía Intenergía Int. . Trabajo RealizadoTrabajo Realizado

Calor absorbidoCalor absorbido

La U de un sistema aumenta cuando recibeLa U de un sistema aumenta cuando recibeEnergía (Q ó W) y disminuye cuando la pierdeEnergía (Q ó W) y disminuye cuando la pierde

* Intercambia calor con el exterior pero no materia* Intercambia calor con el exterior pero no materia

WQU −=∆

EjerciciosEjerciciosCalcular el ∆U en los siguientes casos:Calcular el ∆U en los siguientes casos:a) Motor térmico.a) Motor térmico.

Absorbe 1000 cal y realiza W=200JAbsorbe 1000 cal y realiza W=200Jb) Agitar un fluido en un recipiente.b) Agitar un fluido en un recipiente.

El sistema recibe 200JEl sistema recibe 200Jc) Compresor de aire.c) Compresor de aire.

El sistema cede 500 cal. Y recibe 200JEl sistema cede 500 cal. Y recibe 200J

Transformaciones cíclicasTransformaciones cíclicasEl ciclo termodinámico es el conjunto de El ciclo termodinámico es el conjunto de Transf. Termod. Que recibe un fluido en Transf. Termod. Que recibe un fluido en el interior de una máquina térmica, de el interior de una máquina térmica, de forma que comienza y termina en un forma que comienza y termina en un mismo punto. ∆U = 0mismo punto. ∆U = 0

WW Q1 Q2Q1 Q2

foco calientefoco caliente T1 › T2 T1 › T2 focofoco frio frio

T1 T2

si W + el sistema realiza trabajo∆U=0 Q1-Q2=W si W – el sistema recibe trabajo

Transformaciones cíclicas en un sistema gaseosoTransformaciones cíclicas en un sistema gaseoso

Los ciclos termod. Que describen los fluidos en Los ciclos termod. Que describen los fluidos en las máquinas térmicas son bastantes complejos. las máquinas térmicas son bastantes complejos. Para facilitar su estudio se idealizan en unas Para facilitar su estudio se idealizan en unas transformaciones en las que se supone que transformaciones en las que se supone que algún parámetro se mantiene cte. algún parámetro se mantiene cte. A A presiónpresión cte cte IsobáricaIsobáricaA A volumenvolumen cte. cte. IsocóricaIsocóricaA A temp.temp. cte. cte. IsotérmicaIsotérmicaA A calorcalor cte. cte. AdiabáticaAdiabáticaA A calor especificocalor especifico cte. cte. PolitrópicaPolitrópica

Aplicamos en cada caso la ecuación de los gases ideales PV = nRT

Transformación isobáricaTransformación isobárica

Isóbara Isóbara P=cte P=cte

VV2 2 ›› V V1 el gas realiza 1 el gas realiza

trabajo trabajo

p

VV1 V2

)( 12 TTnCQ p −=

TnRVVpW ∆=−= )( 12

)( 12 TTnCU v −=∆

Transformación IsocóricaTransformación Isocórica

V=cteV=cte

Al no haber ∆ vol. W=0 Todo el calor se Al no haber ∆ vol. W=0 Todo el calor se transforma en ∆Utransforma en ∆U

p

V

P1

P2

)( 12 TTnCUQ v −=∆=

0=W

Transformación isotérmica Transformación isotérmica T =cteT =cte

pp11vv11=p=p22vv22=nRT=nRT

p

VV1V2

1

2lnV

VnRTW =

0=∆U

2

111

1

2 lnlnP

PVP

V

VnRTWQ ===

Transformación AdiabáticaTransformación Adiabática

Q = 0Q = 0p

VV1V2

0=Q

)( 12 TTCUW v −−=∆−=

122

111

2211

−− =

=γγ

γγ

VTVT

VPVP

v

p

C

C=γ

Ecuación de la adiabática

Coeficiente adiabático

Resumen de transformacionesResumen de transformaciones

EjerciciosEjercicios

Transf. Isobárica

Transf. Isocórica

Transf. Isotérmica

2º principio de la 2º principio de la termodinámicatermodinámica

Algunas cuestiones sobre las transformaciones Algunas cuestiones sobre las transformaciones de calor en trabajo y viceversa, no quedan de calor en trabajo y viceversa, no quedan resueltas por el 1º principio.resueltas por el 1º principio.¿Seria posible un motor térmico que transformase todo ¿Seria posible un motor térmico que transformase todo el calor recibido en trabajo?el calor recibido en trabajo?O una maq. Frigorífica que transportara calor del foco O una maq. Frigorífica que transportara calor del foco frio al caliente sin consumir trabajo.?frio al caliente sin consumir trabajo.?Un trasatlántico que realice trabajo (desplazarse) a Un trasatlántico que realice trabajo (desplazarse) a costa del calor del agua, devolviéndolo en forma de costa del calor del agua, devolviéndolo en forma de hielo.hielo.Experimentalmente se sabe que estas máquinas Experimentalmente se sabe que estas máquinas son imposibles de construirson imposibles de construir

∆U = Q-W

2º principio de la 2º principio de la termodinámicatermodinámica

Varios enunciados:Varios enunciados:Es imposible la transmisión del calor del Es imposible la transmisión del calor del foco frio al caliente sin consumir foco frio al caliente sin consumir trabajo. (Clasius)trabajo. (Clasius)

Es imposible transformar en trabajo la Es imposible transformar en trabajo la totalidad del calor en una máquina totalidad del calor en una máquina Térmica. (Carnot)Térmica. (Carnot)

Máquinas TérmicasMáquinas TérmicasMotor térmicoMotor térmico

W=QW=Q1 1 – Q– Q2 2 ηη=W/Q=W/Q11

QQ11

TT11 › T › T2 2 W W

QQ22

Máquina frigoríficaMáquina frigorífica

QQ11=Q=Q2 2 + W+ W ЄЄ=Q=Q22/W/W

QQ11

TT11 › T › T2 2 W W QQ22

T1

T2

M

T1

T2

Mf