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8 Estrictamente hablando se entiende por TERMODINÁMICA la parte de la física que estudia los procesos en los cuales los sistemas intercambian energía o materia cuando están en equilibrio. El intercambio se realiza mediante procesos cuasiestáticos, es decir, procesos infinitamente lentos

9 Termodinámica en equilibrio Termodinámica clásica Termodinámica estadística Termodinámica fuera del equilibrio Termodinámica cercana al equilibrio Termodinámica muy lejos del equilibrio

10 Sistema y Medio ambiente Se puede definir un sistema como un conjunto de materia que está limitado por una superficie real o imaginaria. Si en el sistema no entra ni sale materia se dice que se trata de un sistema cerrado o sistema aislado, dependiendo del caso. Los tipos de sistemas cerrados que son necesarios para el estudio de la termodinámica son: Sistema aislado térmicamente: es un sistema cerrado en el que no entra ni sale calor. Sistema aislado mecánicamente: es un sistema cerrado sobre el cual no se realiza trabajo. Se llama medio ambiente a todo aquello que no está en el sistema pero que puede influir en él. Por ejemplo, consideremos una taza con agua, que está siendo calentada por un mechero. Consideremos un sistema formado por la taza y el agua, entonces el medio ambiente está formado por el mechero, el aire, etc.

11 Equilibrio térmico: un equilibrio térmico es cuando dos sustancias alcanzan una misma temperatura u no existe transferencia de calor entre ellas. Variables termodinámicas: Las variables que tienen relación con el estado interno de un sistema, se llaman variables termodinámicas o coordenadas termodinámicas, y entre ellas las más importantes en el estudio de la termodinámica son: la masa el volumen la densidad la presión la temperatura Estado de un sistema. Un sistema que puede describirse en función de coordenadas termodinámicas se llama sistema termodinámico y la situación en la que se encuentra definido por dichas coordenadas se llama estado del sistema.

12 Foco térmico: Un foco térmico es un sistema que puede entregar y/o recibir calor, pero sin cambiar su temperatura. Contacto térmico: Se dice que dos sistema están en contacto térmico cuando puede haber transferencia de calor de un sistema a otro. Equilibrio térmico: Un estado en el cual dos coordenadas termodinámicas independientes X e Y permanecen constantes mientras no se modifican las condiciones externas se dice que se encuentra en equilibrio térmico. Si dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico se dice que tienen la misma temperatura. Entonces se puede definir la temperatura como una propiedad que permite determinar si un sistema se encuentra o no en equilibrio térmico con otro sistema. El equilibrio térmico se presenta cuando dos cuerpos con temperaturas diferentes se ponen en contacto, y el que tiene mayor temperatura cede calor al que tiene mas baja, hasta que ambos alcanzan la misma temperatura..

13 A cualquier transformación en un sistema, desde un estado de equilibrio a otro, se le conoce como proceso. Dicho en otras palabras, 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. Por lo tanto, para describir completamente un proceso se requiere de los estados de equilibrio inicial y final, así como de la trayectoria o las interacciones del sistema con su entorno durante el proceso. En general los procesos dependiendo de sus características, trayectoria, o del comportamiento de las propiedades de la sustancia involucrada se pueden clasificar en procesos desarrollados con una propiedad constante y en procesos con características especiales. Existen 3 tipos de procesos termodinámicos, estos son: Los Procesos Iso Los Procesos Adiabáticos. Es un proceso termodinámico en la cual no hay transferencia de calor hacia y desde los alrededores Los Procesos Poli trópicos - Son aquellos procesos termodinámicos en donde ninguna de sus propiedades permanece constante

14 Procesos Iso: Los procesos Iso son aquellos que mantienen una propiedad constante y por consiguiente llevan el prefijo iso -. Ejemplo: Isotérmico : Proceso a temperatura Constante Isobárico : Proceso a Presión Constante Isométrico o Isocórico : Proceso a Volumen Constante Isentalpico : Proceso a Entalpía Constante Isentrópico : Proceso a entropía Constante

15 La temperatura es la propiedad física de los sistemas que precisa y cuantifica nuestras nociones de caliente y frío. Los materiales más calientes tienen mayor temperatura La temperatura es una medida de la energía cinética media de los constituyentes de una muestra de materia

16 Si los sistemas A y B están en equilibrio termodinámico, y los sistemas B y C están en equilibrio termodinámico, entonces los sistemas A y C están también en equilibrio termodinámico

17 Equilibrio térmico y temperatura. Ley cero Cuando dos sistemas no aislados se ponen en contacto térmico el estado evoluciona hacia un equilibrio térmico Dos cuerpos que están en equilibrio térmico no modifican su temperatura al ponerlos en contacto están a la misma temperatura. Ley cero: cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero también lo están entre sí se puede definir una escala de temperaturas.

18 El termómetro es un instrumento que fue fabricado para poder medir la temperatura. Desde su invención han evolucionado mucho principalmente desde que se empezaron a fabricar los termómetros electrónicos digitales. Los termómetros son dispositivos para definir y medir la temperatura de un sistema. Todos los termómetros se basan en el cambio de alguna propiedad física con la temperatura, como el cambio de volumen de un líquido, el cambio en la longitud de un sólido, el cambio en la presión de un gas a volumen constante, el cambio en el volumen de un gas a presión constante. Los cambios de temperatura se miden a partir de los cambios en las otras propiedades de una sustancia. El mineral base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio encerrado en un tubo de cristal que incorporaba una escala graduada. En el mes de julio de 2007 el Gobierno de España ha decretado la prohibición de fabricar termómetros de mercurio por su efecto contaminante. El creador de el primer termoscopio fue Galileo Galilei; éste podría considerarse el predecesor del termómetro. Consistía en un tubo de vidrio que terminaba con una esfera en su parte superior que se sumergía dentro de un líquido mezcla de alcohol y agua. Al calentar el agua, ésta comenzaba a subir por el tubo.

19 Escalas de temperatura. La escala más usada en la mayoría de los países es la escala centígrada (ºC), también llamada Celsius desde 1948, en honor a Anders Celsius ( ). En esta escala el Cero grados centígrado (0ºC), corresponde con el punto de congelación del agua y los cien grados corresponden con el punto de ebullición del agua, ambos a la presión de 1 atmósfera. Otras escalas termométricas son: Fahrenheit (ºF), propuesta por Gabriel Fahrenheit en 1724, que es la unidad de temperatura en el Sistema Imperial británico de unidades, actualmente utilizado principalmente en Estados Unidos. Reamur (ºR), en desuso. Se debe a René-Antoine Ferchault de Reamur ( ).La relación con la escala centígrada es: TReamur=(4/5)*TCelsius. Kelvin (K) o temperatura absoluta, unidad de temperatura del Sistema Internacional de Unidades.

20 El kelvin es la unidad de temperatura de la escala creada por William Thomson, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto ( 273,15 C) y conservando la misma dimensión para los grados. William Thomson, quién más tarde sería Lord Kelvin, a sus 24 años introdujo la escala de temperatura termodinámica, y la unidad fue nombrada en su honor. Se toma como la unidad de temperatura en el Sistema Internacional de Unidades y se corresponde a una fracción de 1/273,16 partes de la temperatura del punto triple del agua. Se representa con la letra "K", y nunca "ºK". Además, su nombre no es el de "grado kelvin" sino simplemente "kelvin"; no se dice "19 grados Kelvin" sino "19 kelvin" o "19 K". Coincidiendo el incremento en un grado Celsius con el de un Kelvin, su importancia radica en el 0 de la escala: a la temperatura de 0 K se la denomina cero absoluto y corresponde al punto en el que las moléculas y átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible. Ningún sistema macroscópico puede tener una temperatura inferior. A la temperatura medida en Kelvin se le llama "temperatura absoluta", y es la escala de temperaturas que se usa en ciencia, especialmente en trabajos de física o química.

21 Fórmulas de conversión de escalas de temperatura Conversión de a Fórmula kelvin grados Celsius C = K 273,15 grados Celsius kelvin K = C + 273,15 kelvin grados Fahrenheit F = K 1,8 459,67 grados Fahrenheit grados Celsius C = ( F 32) / 1,8 grados Fahrenheit kelvin K = ( F + 459,67) / 1,8 grados Celsius grados Fahrenheit F =( C 1,8 ) + 32

22 Fórmulas de conversión de temperatura Para convertir una escala en Celsius están las siguientes fórmulas: C = K C = (F - 32)5/9 Para convertir en Kelvin las siguientes fórmulas : K = C K = (F ) 5/9 Para convertir en Farenheit las siguientes fórmulas: F = (K * 9/5) F = (C * 9/5) + 32

23 Escalas de temperatura Termómetro: material que posea una propiedad termométrica: Cambie con la temperatura. Se puede medir fácilmente. Escala Celsius 0ºC punto congelación agua a 1 atm. 100º C punto ebullición agua a 1 atm. Escala Farenheit 32ºF punto congelación agua a 1 atm º F punto ebullición agua a 1 atm. t c = ( tf 32) 9

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25 Ejemplo: termómetro de mercurio Propiedad termométrica: altura de una columna de mercurio. Se calibra introduciéndolo en un baño de agua y hielo (L 100 ) y en agua en ebullición (L 0 ) Temperatura medida cuando se llega a una altura L L L t c = L L 100 Puede haber diferencias de calibración a altas y bajas temperaturas L L 100 L 0

26 1.5. Termómetros de gas y temperatura absoluta Gas de baja densidad a volumen constante La presión es una propiedad termomética. t c = P P 100 P P º C 0º K Escala de temperaturas absoluta o de Kelvin T = t c P T