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MATERIA: TERMODINAMICA
DOCENTE: ING. MANUEL J. COLLI US
Bibliografía
Wark Kenneth, Termodinámica, Ed. McGraw-Hill
Maron y Prutton, Fundamentos de
fisicoquímica,Ed. McGraw-Hill
Smith y Van Ness, Introducción a la
termodinámica en ingeniería química, Ed.
McGraw-Hill
Russell y Adebiyi, Termodinámica, Ed. Pearson.
Libros de química para unidad 2
evaluación
Formas de evaluación
70% valor del examen
30% trabajos, exposiciones, participaciones en clase.
Reglamentos dentro del salón de clases.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
No portar gorra en el salón de clases.
No traer aretes (varones) en el salón de clases.
No asistir a clases con short y/o sport.
No introducir alimentos en el salón de clases.
No hacer bromas pesadas u ofensivas.
Todo improvisto será resuelto en el salón
equitativamente.
UNIDAD I
Conceptos básicos y propiedades fundamentales.
1.1 Naturaleza de la termodinámica.
1.2 Conceptos básicos.
1.2.1 Energía y formas de energía
1.2.2. Sistemas y su clasificación
1.2.3. Límites, fronteras y vecindad
1.2.4. Proceso, Ciclo, Trayectoria y Equilibrio Termodinámico.
1.2.5. La Ley cero de la Termodinámica
1.3. Propiedades fundamentales.
1.3.1 Masa, Volumen, Densidad, peso específico, Fuerza, Presión
y
Temperatura
1.3.2 Clasificación de las propiedades
UNIDAD I
Conceptos básicos y propiedades
fundamentales
Objetivo de la unidad I:
• El estudiante comprenderá los conceptos
básicos de la termodinámica, las propiedades
fundamentales y su clasificación.
• Definirá el sistema para su análisis
termodinámico.
FRASE CELEBRE
Tened en mente que las cosas maravillosas
que se aprenden en las escuelas son el trabajo
de muchas generaciones, producidas por el
esfuerzo entusiasta y la labor infinita en todos
los países del orbe. Todo esto se pone en
vuestras manos como herencia para que la
recibais. Honreis, aumenteis y, un día, con toda
vuestra fe, la traspaseis a vuestra
descendencia. Esta es la forma en que
nosotros los mortales logramos en la
inmortalidad en las cosas permanentes que
creamos en común.
Naturaleza de la termodinámica
• La termodinámica se inicia a finales de 1700, los
inventores llegaron a una serie de conceptos y
dispositivos. El fuego y vapor a trabajar para el hombre.
• La revolución industrial.
• La maquina de vapor, maquina de combustión interna, etc.
• A los prácticos, aquellos que inventaron y cuidaron de las
máquinas, se los llamo ingenieros.
• Debido a esto la “habilidad para realizar trabajo” usando el
vapor, carbón, la madera, se consideró de principal
importancia
• ¿Cuánta madera haría el trabajo de una cubeta de carbón
o de un galón de gasolina?
• La “habilidad para realizar trabajo” es la energía
actualmente.
Naturaleza de la termodinámica
• Entonces, la termodinámica se desarrollo para estudiar la
energía: Cuanto hay en el carbón, madera, agua corriente, en
el vapor a baja y alta presión, en el huevo, tocino, caramelo, la
caída de una piedra, el movimiento de una bola de billar, es de
interés de la primera ley de la termodinámica.
Primera ley de la Termodinámica: La energía para un sistema
aislado permanece constante. Cuando hay un intercambio de
energía entre un sistema y su entorno, la energía total final para el
universo es igual a la energía total inicial para el universo.
• Gran cantidad de formas de energía era equivalente a mucha
de otra forma, no siempre se podía transformar toda la de una
clase a la otra. Esto conduce a la segunda ley de la
termodinámica.
Segunda ley de la termo: Es imposible construir un dispositivo que
opere en un ciclo y no produzca otro efecto que el de elevar un peso
Conceptos básicos.
Energía y formas de energía
Concepto de energía
La energía es un concepto central en termodinámica.
Pero ¿Qué es la energía? La noción de energía es tan
familiar que debe ser sorprendente que no exista una
definición sencilla del concepto.
Feynman (1963) decía: Es importante darse cuenta de
que en la física de hoy día no tenemos conocimiento
alguno de lo que es la energía…
La noción de energía como la capacidad para efectuar
trabajo es común en mecánica, pero no es una
definición satisfactoria desde un punto de vista
termodinámico.
Conceptos básicos.
La energía es una magnitud física abstracta, ligada al
estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece
invariable con el tiempo.
La energía no es un ente físico real, ni una "sustancia
intangible" sino sólo un número escalar que se le asigna al
estado del sistema físico, es decir, la energía es una
herramienta o abstracción matemática de una propiedad
de los sistemas físicos.
Formas de energía
La energía puede existir en numerosas formas: térmica,
mecánica, cinética, potencial, eléctrica, magnética,
química y nuclear, y su suma constituye la energía total E
de un sistema.
La termodinámica no proporciona información acerca del
valor absoluto de la energía total de un sistema. Solo trata
con el cambio de la energía total, lo que es importante en
Sistemas y su clasificación
Sistemas
Un sistema termodinámico o sistema, es una
región en el espacio, o una colección fija de
materia, encerrada por una frontera real o
imaginaria. La frontera puede ser rígida o
flexible, y el sistema puede estar fijo o estar
moviéndose en el espacio.
Clasificación de los sistemas
En general, hay tres tipos de sistemas:
cerrados, abiertos y aislados.
Sistemas abiertos, cerrados y
aislados
Sistema abierto o volumen
de control es el sistema
que puede intercambiar
materia y energía
con su entorno.
Ejemplo:
Bombeo de agua: Hay un flujo de masa (agua) hacia el interior y el
exterior del dispositivo de bombeo. Si el espacio que corresponde
al interior de la bomba es de interés, la elección adecuada será
un modelo de sistema abierto.
Sistemas abiertos, cerrados y aislados
Sistema cerrado o masa de
control es el sistema que
sólo puede intercambiar
energía con su entorno,
pero no materia.
Ejemplo:
Cocción de los alimentos: Como una masa fija (los alimentos)
permanece en un recipiente cubierto durante el proceso de
cocción, la opción apropiada es la de un sistema cerrado.
Sistemas abiertos, cerrados y
aislados
Sistema aislado es el
Sistema que no puede
intercambiar materia ni
energía con su entorno.
Limites, fronteras y vecindad
Limites
• Un límite es toda pared, contorno o borde real o ideal
que separa el sistema del ambiente.
• En termodinámica se supone que el límite de un sistema
es una superficie matemática, a la que atribuimos
ciertas propiedades ideales como rigidez,
impermeabilidad y otras que describiremos más
adelante.
• Los límites reales tan sólo se aproximan a las
propiedades de los límites ideales de la Termodinámica.
Frontera
Separa el sistema de los alrededores o del ambiente.
Vecindad
Es todo lo que se encuentre fuera del sistema y no pertenece al
estudio en cuestión.
Proceso, ciclo, trayectoria y equilibrio termodinámico.
Proceso: Es cualquier cambio que experimente un sistema de un
estado de equilibrio a otro, y la serie de estados por la cual pasa
un sistema durante un proceso recibe el nombre de trayectoria
del proceso. Para describir por completo un proceso, deben
especificarse sus estados inicial y final, así como la trayectoria
que sigue y las interacciones con los alrededores.
Ciclo: Un ciclo termodinámico es cualquier proceso
termodinámico, o conjunto de procesos, que tiene como
resultado un estado final para el sistema que es idéntico a su
estado inicial.
Trayectoria: En termodinámica se define como la serie de estados
Equilibrio termodinámico
• Considere un sistema que no se somete a ningún cambio. En este
caso, es posible medir o calcular todas las propiedades del
sistema, lo que resulta en un conjunto de propiedades que
describen por completo la condición o el estado del sistema. En
un cierto estado, todas las propiedades de un sistema tienen
valores fijos.
• La termodinámica estudia estados en equilibrio. La palabra
equilibrio implica un estado de balance. Un sistema que está en
equilibrio no experimenta cambios cuando se aísla de sus
alrededores.
• Un sistema no está en equilibrio termodinámico a menos que las
condiciones de todos los tipos relevantes de equilibrio se
satisfagan. Por ejemplo equilibrio térmico, mecánico, equilibrio
de fase, equilibrio químico, etc.
La ley cero de la termodinámica
Establece que si dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico