CONCEPTOS TERMODINÁMICA

Conocemos varias formas de energía ORGANIZADA: cinética, potencial (gravitatoria, elástica, electromagnética) que surge de considerar que los átomos o moléculas actúan en forma organizada. Pero, se puede impartir a los cuerpos un movimiento desorganizado en su interior, no del cuerpo, sino de las partículas que forman el cuerpo. La energía térmica es la energía cinética del micromundo... Calor: es la energía térmica en tránsito. i.e. es la energía del movimiento aleatorio de las moléculas transferidas de un cuerpo a otro. Un cuerpo almacena energía térmica; no almacena calor!!!. Se transfiere calor (parecido a la noción de viento como aire en movimiento). La energía térmica de un objeto puede ser aumentada o disminuida por distintos mecanismos: golpeando, frotando (i.e. haciendo trabajo), poniéndolo en contacto con algo a mayor temperatura o iluminándolo (radiación).

La termodinámica es la rama de la física que describe los estados de equilibrio a nivel macroscópico. Constituye una teoría fenomenológica, a partir de razonamientos deductivos, que estudia sistemas reales, sin modelizar y sigue un método experimental. Los estados de equilibrio son estudiados y definidos por medio de magnitudes extensivas tales como la energía interna, la entropía, el volumen o la composición molar del sistema, o por medio de magnitudes no-extensivas 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 ser tratadas por medio de la termodinámica.

es el fundador de la Termodinámica como disciplina teórica, escribió su trabajo cumbre a los 23 años. Este escrito estuvo desconocido durante 25 años hasta que el físico ingles William Thomson alias Lord Kelvin redescubriera la importancia de las propuestas contenidas en él. Llamó la atención de Carnot el hecho de que no existieran teorías que avalaran las propuestas utilizadas en el diseño de las máquinas de vapor y que todo ello dependiera de procedimientos enteramente empíricos. Para resolver la cuestión propuso que se estudiara todo el procedimiento desde el punto de vista más general, sin hacer referencia a un motor, máquina o fluido en especial.

1. ¿Cuántos cubos de hielo (a 0°C) deben agregarse a un tazón que contiene 1 litro de agua hirviendo a 100°C para que la mezcla resultante alcance una temperatura de 40°C? suponga que cada cubo de hielo tiene una masa de 20 g, que el tazón y el entorno no intercambian calor con el agua, y que el calor específico promedio del agua es 4.2x10 3 J/Kg°C y que el calor latente de fusión del hielo es 3.34x10 5 J/Kg. El calor cedido por la masa de agua hirviendo es:

Este libro fue originariamente elaborado en 1992 y, como se encuentra agotado, fue reimpreso en 2009. En esta edición es necesario que el lector complete algunas figuras realizando los trazos que faltan a lápiz. Debido al uso de un editor de texto en idioma Inglés, el prefacio se denomina "preface" y los capítulos "chapters". Dado que fuera requerido por los actuales alumnos de la materia Termodinámica II (como elemento de consulta para Termodinámica I), he realizado una rápida elaboración para ponerlo a su disposición, sacrificando los detalles mencionados.

Durante el año de 1998 tuve la oportunidad de exponer en numerosas ocasiones los conceptos básicos de la termodinámica clásica tanto a alumnos de los ciclos medio y superior como a profesores activos en dichos niveles. La idea esencial fue mostrar, lo más claramente posible, que el contenido físico de las leyes que gobiernan esta rama de la física y que tienen múltiples aplicaciones en la ingeniería, la química y la biología, no requiere de ningún arsenal matemático sofisticado para entenderlo. En las aplicaciones de estas leyes sí se requiere de cierto conocimiento de matemáticas avanzadas para resolver problemas, pero esta es una cuesüón técnica, no conceptual. La idea de este artículo es resumir dichos conceptos fundamentales tal y como fueron discutidos en las citadas exposiciones. Para mayores detalles el lector puede recu rrir a una obra más extensa del autor,' escrita a nivel de divulgación.

FISICOQUIMICA

De la Primera Ley de la Termodinámica:   dU Q W (1) Pero   op W P dV y para procesos cuasiestáticos:  op sistema PP entonces:   W PdV (2) Para procesos reversibles:   rev QQ

serie n° 1 – entropia 1.1 Utilizando aire como sustancia de trabajo (fluido intermediario), que en el estado inicial se encuentra a una presión p 1 = 1 bar, ocupando un volumen v 1 = 0,9 m 3 / Kg, se describe un ciclo termodinámico constituido por: – una compresión isocórica, hasta una presión final p 2 = 4 bar – una expansión isotérmica hasta la presión de 1 bar – una compresión isobárica hasta las condiciones iniciales. Se desea saber a) la variación de entropía del proceso y b) si antes de determinar la variación de entropía por cálculos numéricos se puede prever su valor. 1.2 En un termotanque se calientan 80 lts de agua desde 16 ° C hasta 60 ° C a presión ambiente. Posteriormente se ocupa esa cantidad de agua que se enfría hasta la temperatura ambiente que es de 18 ° C. Establecer si el proceso es reversible o irreversible, considerando: a) que el calor suministrado para el calentamiento es absorbido íntegramente por el agua. b) que no se tiene en cuenta el calor cedido por el elemento o sustancia para el calentamiento y c) que el conjunto termotanque-baño es un sistema aislado (universo físico).

La termodinámica es el área que estudia los procesos físicos y químicos utilizando las propiedades de la materia ( presión, volumen, temperatura, etc. ) y nos ayuda a interpretarlos de acuerdo con las propiedades moleculares, es decir, la termodinámica permite entender, y relacionar, lo que sucede con las moléculas porque sus procesos se encuentran reflejados en cambios a nivel macroscópico. En otras palabras, los cambios a nivel molecular pueden generar cambios en la temperatura, la presión, el volumen, etc.