Introducción a la Termodinámica

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TERMODINAMICA
Ing. Pablo Gandarilla C.

2. Contenido
TERMODINAMICA
Conceptos y definiciones
Propiedades de una Sustancia Pura
Calor y Trabajo
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3. ¿Qué estudia la
termodinámica?
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4. 4
Termodinámica
La Termodinámica es
la rama de la física
general que estudia a
nivel macroscópico las
transformaciones de
la energía, y cómo
esta energía puede
convertirse en trabajo.

5. ¿Qué es un sistema
termodinámico?
 En un sistema termodinámico las propiedades pueden ser descritas
únicamente y totalmente, especificando ciertos parámetros
macroscópicos como ser: Temperatura, Presión y Volumen, estos
representan las propiedades medias del sistema.
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• Un sistema termodinámico es una región del universo elegida para el
estudio o análisis termodinámico. La región del universo exterior del
sistema con la que puede intercambiar energía, calor o trabajo es
llamada ambiente, alrededores o entorno. La frontera de un sistema es
el límite que señala la superficie de contacto que comparten el sistema y
el ambiente.

6. Sistemas
termodinámicos
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7. Proceso
termodinámico
Es el cambio de estado
de una sustancia o un
sistema, desde unas
condiciones iniciales
(estado inicial) hasta
unas condiciones
finales(estado final) por
una trayectoria definida
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 Proceso Isobárico
 Proceso Isocórico
 Proceso isoentálpico
 Proceso isotérmico
 Proceso adiabático
 Proceso isoentrópico

8. Fase
 Se denomina fase a cada una de las partes
macroscópicas de una composición química y
propiedades físicas homogéneas que forman un
sistema.
 Ej. : El grafito y el diamante son dos formas
alotrópicas del carbono; son, por lo tanto, fases
distintas, pero ambas pertenecen al mismo estado
de agregación (sólido)
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9. Fase
Cantidad de materia que es homogénea tanto en
composición química como en estructura física.
Agua
Líquida Sólida Gaseosa
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10. Propiedades
termodinámicas
 Intensivas: si dentro de los límites del
sistema, son independientes de la cantidad de
sustancia como por ejemplo la temperatura, la
presión, el volumen específico, densidad, etc.
 Extensivas, cuando sus valores son directamente
proporcionales a la masa del sistema como por
ejemplo el volumen, la masa, la energía entre
otras.
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11. 11

12. Sistema de unidades
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13. 13
En Termodinámica se dice que un sistema se encuentra en equilibrio
termodinámico cuando las variables intensivas que describen su estado no
varían a lo largo del tiempo.
Cuando un sistema no está aislado, el equilibrio termodinámico se define
en relación con los alrededores del sistema. Para que un sistema esté en
equilibrio, los valores de las variables que describen su estado deben
tomar el mismo valor para el sistema y para sus alrededores.
Cuando un sistema cerrado está en equilibrio, debe estar simultáneamente
en equilibrio térmico y mecánico.

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ABSOLUTA
También conocida
como presión
real. Es la presion
de un fluido
medido con
referencia al
vacio.
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MANOMETRICA
Son presiones
superiores a la
atmosferica.
Si el valor
absoluto es cte..
La presión
atmosférica crece.
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15. 15

16. 16

17. Es la magnitud referida a las
nociones comunes de caliente o frio.
También se define como la magnitud
escalar relacionada con la energía
interna de un sistema
termodinámico.
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18. El volumen específico es el
volumen ocupado por unidad de
masa de un material. Es la inversa
de la densidad, por lo cual no
dependen de la cantidad de
materia. Ejemplos: dos pedazos de
hierro de distinto tamaño tienen
diferente peso y volumen pero el
peso específico de ambos será
igual. Este es independiente de la
cantidad de materia que es
considerada para calcularlo.
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19. 19
Es una sucesión de procesos que
devuelven un sistema a su estado
original después de una serie de
fases, de manera que todas las
variables termodinámicas
relevantes vuelven a tomar sus
valores originales. En un ciclo
completo, la energía interna de un
sistema no puede cambiar, puesto
que sólo depende de dichas
variables. Por tanto, el calor total
neto transferido al sistema debe
ser igual al trabajo total neto
realizado por el sistema.

20.  Establece que si dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico con un tercero,
están en equilibrio térmico entre sí.
 Es decir que todas las formas de energía pueden intercambiarse, pero no se
pueden destruir ni crear, por lo cual la energía total del universo permanece
constante. Cualquier energía que un sistema pierda deberá ser ganada por el
entorno y viceversa.
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21. Sustancias puras
Se llama sustancia pura a aquella que no se puede descomponer en otras
mediante procedimientos físicos (como calentamiento o un campo magnético).
Es posible que la sustancia pura se descomponga por procedimientos químicos.
Se considera una sustancia pura aquella que mantiene la misma composición
química en todos los estados. Una sustancia pura puede estar conformada por
más de un elemento químico ya que lo importante es la homogeneidad de la
sustancia.
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22. Estados
Líquido saturado
Es aquel que esta a punto de
vaporizarse, es importante que
cuando una sustancia pura
está como liquido saturado
esta se halla totalmente en ese
estado, como liquido.
Vapor saturado
Es un vapor que esta punto de
condensarse. en esta fase la
sustancia esta toda como
vapor y es necesario retirar el
calor o aumentar la presión
para provocar que se generen
gotas de líquidos.
Vapor recalentado o
sobrecalentado
Es el vapor que esta a
una temperatura más
alta que la temperatura
de vapor saturado por lo
cual está todo como
vapor pero no a punto
de condensarse.
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23. Líquido subenfriado, cuando la sustancia está
como líquida a una temperatura menor que la
temperatura de saturación ( T < Tsat) para una
presión determinada.
Líquido comprimido, cuando la sustancia está
como líquida a una presión mayor que la presión
de saturación (P > Psat) a una temperatura
determinada.
Diferencia entre Vaporización y
Evaporación
Vaporización es el cambio de estado de
líquido a vapor, evaporación es
un Proceso físico por el cual una sustancia
en estado líquido pasa al
estado gaseoso, tras haber adquirido
energía suficiente para vencer la tensión
superficial.
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Estados

24. En las matemáticas un punto critico
es un lugar donde una función tiene
el gradiente idéntico a cero, pero en
las ciencias físicas un punto critico
es aquel limite para el cual el
volumen de un liquido es igual al de
una masa igual de vapor
Es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado
sólido, el estado liquido y el estado gaseoso de una
sustancia. Se define con una temperatura y una
presión.
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25. 25

26. La humedad se define como la masa del
líquido sobre la masa total húmeda
Es la cantidad de vapor de agua contenida
en la atmosfera.
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El título se define como la masa de vapor
sobre la masa total húmeda
Es también llamada calidad o sequedad.

27. El calor es la sensación que experimenta
un ser vivo ante una temperatura elevada.
La física entiende el calor como la energía
que pasa de un cuerpo a otro o de un
sistema a otro, es decir es un fenómeno
transitorio.
El término trabajo se refiere a una
actividad propia del ser humano.
El trabajo es la transferencia de
energía relacionada con una fuerza
que actúa a lo largo de una
distancia.
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28. Calor sensible: Es aquel que recibe un cuerpo o un
objeto y hace que aumente su temperatura sin afectar su
estructura molecular y por lo tanto su estado.
Calor latente: Calor que se manifiesta por cambio de
fase. Es decir, es calor involucrado en la evaporación y la
condensación. Ocurre a presión y temperatura constante.
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29. 29

30. Calor específico
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El calor específico es la energía necesaria
para elevar 1 °C la temperatura de un gramo
de materia. El concepto de capacidad
calorífica es análogo al anterior pero para
una masa de un mol de sustancia (en este
caso es necesario conocer la estructura
química de la misma).
El calor específico es un parámetro que
depende del material y relaciona el calor que
se proporciona a una masa determinada de
una sustancia con el incremento de
temperatura.
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31. Calor o flujo calorífico
El calor o flujo calorífico es la transferencia de
energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas
de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas
temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el
cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de
menor temperatura, ocurriendo la transferencia de
calor hasta que ambos cuerpos se encuentren
en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada
en una habitación se entibia).
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32. Kilocaloría (Kcal) y la
Unidad Térmica Británica (BTU)
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La BTU o BTu es una unidad de energía inglesa. Es la abreviatura de British
Thermal Unit. Se usa principalmente en los Estados Unidos. Ocasionalmente
también se puede encontrar en documentación o equipos antiguos de origen
británico. En la mayor parte de los ámbitos de la técnica y la física ha sido
sustituida por el julio, que es la unidad correspondiente del sistema
internacional.
La caloría grande o caloría-kilogramo, representa la energía calorífica
necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un kilogramo de
agua. Esta definición corresponde a la kilocaloría propiamente dicha y
equivale a 4,1868 kJ.

33. Trabajo Mecánico
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34. Potencia
Es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. Se define potencia
como la rapidez a la cual se efectúa trabajo, o bien, como la rapidez de
transferencia de energía en el tiempo.
Potencia = W/t = trabajo/tiempo = energía transformada/tiempo.
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35. Unidades de la Potencia
•Sistema Internacional (SI):
vatio, (W)
•Sistema inglés:
caballo de potencia o horse power, (HP)
1 HP = 550 ft·lbf/s
1 HP = 745,699 871 582 270 22 W
•Sistema técnico de unidades:
kilográmetro por segundo, (kgm/s)
•Sistema cegesimal
ergio por segundo, (erg/s)
•Otras unidades:
caballo de vapor (CV)
1 CV = 75 kgf·m/s = 735,49875 W
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36. Trabajo mecánico y calor
La unidad de trabajo en
el Sistema Internacional de
Unidades es el julio (suele
conocerse como Joule), que se
define como el trabajo realizado
por una fuerza de 1 newton a lo
largo de un metro. El trabajo
realizado por unidad de tiempo se
conoce como potencia. La
potencia correspondiente a un
julio por segundo es un vatio
(watt)" N. m = J "
La unidad de medida del calor en
el Sistema Internacional de Unidades es la
misma que la de la energía y el trabajo:
el joule. Otra unidad ampliamente utilizada
para medir la cantidad de energía térmica
intercambiada es la caloría (cal).
El BTU, (o unidad térmica británica) es una
medida para el calor muy usada en Estados
Unidos y en muchos otros países de
América. Se define como la cantidad de
calor que se debe agregar a una libra de
agua para aumentar su temperatura en
un grado Fahrenheit, y equivale a 252
calorías.
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37. Convención de Signos
del Trabajo y Calor
Uno de los criterios de signos que se suele utilizar en termodinámica para
evaluar los intercambios de energía entre un sistema y su entorno, en forma
de calor y trabajo, según la IUPAC (International Union of Pure and Applied
Chemistry), es el siguiente:
•Positivo para el trabajo y el calor entregado al sistema.
•Negativo para el trabajo y el calor cedido por el sistema.
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