Introducción a la Termodinámica

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1 Introducción a la Termodinámica

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3 Introducción a la Termodinámica Cristóbal Fernández Pineda y Santiago Velasco Maíllo

4 Cristóbal Fernández Pineda y Santiago Velasco Maíllo EDITORIAL SÍNTESIS, S. A. Vallehermoso, Madrid Teléfono: Depósito legal: M ISBN: Impreso en España - Printed in Spain Reservados todos los derechos. Está prohibido, bajo las sanciones penales y el resarcimiento civil previstos en las leyes, reproducir, registrar o transmitir esta publicación, íntegra o parcialmente por cualquier sistema de recuperación y por cualquier medio, sea mecánico, electrónico, magnético, electroóptico, por fotocopia o cualquier otro, sin la autorización previa por escrito de Editorial Síntesis, S. A.

5 Índice Prólogo 9 1. Conceptos básicos Sistemas termodinámicos Interacciones termodinámicas Estados de equilibrio Variables termodinámicas Cambios de estado y procesos C1.1. Descripciones macroscópica y microscópica de un gas diluido C1.2. Medios continuos. Densidad y presión C1.3. Sistemas de unidades E1.1. Medida de la presión atmosférica sin barómetro E1.2. Una variante del método anterior L1. Lecturas adicionales P1. Problemas Temperatura Equilibrio térmico. Principio Cero Temperatura empírica. Isotermas Escalas de temperatura. Termómetros Escala de temperaturas del gas ideal Ecuación empírica de estado. Coeficientes termomecánicos Gases Gas ideal Gases reales C2.1. La escala Celsius no es centígrada C2.2. Algunos tipos de termómetros C Termómetros de líquidos C Termómetros de resistencia

6 6 INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA C Termopares C Otros tipos de termómetros C2.3. La escala internacional de temperaturas de 1990 (EIT-90) C2.4. Otras ecuaciones empíricas de estado para gases reales C2.5. Mezcla ideal de gases ideales E2.1. Calibrado de una termorresistencia de platino E2.2. Calibrado de un termistor NTC L2. Lecturas adicionales P2. Problemas Primer Principio Trabajo de configuración y trabajo disipativo Trabajo de configuración en algunos procesos reversibles de un sistema hidrostático Cálculo del trabajo en algunos procesos irreversibles de sistemas hidrostáticos Trabajo adiabático. Primer Principio. Energía interna Calor Ecuación energética de estado Capacidades caloríficas de un sistema hidrostático Focos térmico y mecánico C3.1. Trabajo de configuración reversible en algunos sistemas simples C3.2. Generalización del Primer Principio para sistemas en movimiento en campos externos C3.3. Coeficientes calorimétricos de un sistema hidrostático C3.4. C3.5. Capacidad calorífica en el estado inicial de un proceso reversible elemental arbitrario Capacidad calorífica de un gas ideal en un estado de un proceso politrópico C3.6. Calores específicos de sólidos y líquidos C3.7. Mecanismos básicos de transmisión del calor C Conducción C Convección C Radiación E3.1. Método para la medida del coeficiente adiabático, γ, del aire E3.2. Método para la medida del calor específico c P del aire L3. Lecturas adicionales P3. Problemas

7 ÍNDICE 7 4. Segundo Principio (I) Introducción. Máquinas térmicas Enunciados de Kelvin-Planck y de Clausius del Segundo Principio. Equivalencia Definiciones de los procesos reversibles e irreversibles Ciclo y teorema de Carnot Temperatura termodinámica C4.1. Equivalencia entre la escala del gas ideal y la escala termodinámica de temperaturas C4.2. Motor endorreversible E4.1. Máquina de Savery L4. Lecturas adicionales P4. Problemas Segundo Principio (II) Demostración por inducción del teorema de Clausius Entropía Principio de aumento de entropía Cálculo de cambios de entropía Ecuación trabajo-entropía Ecuación diferencial fundamental Ideas fundamentales que contiene el Segundo Principio C5.1. Cambio de la entropía de un gas ideal en un proceso politrópico C5.2. Ecuaciones prácticas de la Termodinámica C5.3. Calentamiento y compresión por etapas de un gas perfecto C5.4. Entropía de una mezcla de gases ideales inertes C5.5. Potenciales termodinámicos. Relaciones de Maxwell C5.6. Sistemas de composición variable. Potencial químico C5.7. Condiciones de equilibrio térmico, mecánico y material E5.1. Cambio de entropía en la carga de un condensador L5. Lecturas adicionales P5. Problemas Transiciones de fase Superficies PVT de una sustancia pura Ecuación de Clapeyron-Clausius para los cambios de fase de primer orden Equilibrio líquido-vapor. Ecuación de Clausius-Clapeyron Equilibrios sólido-líquido y sólido-vapor C6.1. La ecuación de Clausius C6.2. El Tercer Principio de la Termodinámica

8 8 INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA E6.1. Curva de presión de vapor del agua por debajo de la presión atmosférica L6. Lecturas adicionales P6. Problemas Bibliografía 221 Índice de autores 225 Índice de materias 228