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Resumen_parcial1
- Termodinamica
Termodinamica
Termodinamica y Calometria
Contacto Termico
Se considera que dos objetos estan en contacto termico cuando estos pueden intercambiar energia.
Calor
Es lo que se intercambia con el contacto termico. Es considerado una caracteristica extensivas porque dependen de la cantidad de masa considerada.
Aunque un oceano y un vaso de agua esten a la misma temperatura el primera tendrá una energia interna mayor.
Temperatura
Es un indicador del estado térmico de un sistema. Determina si dos cuerpos estan en Equilibrio Termico. Los cuerpos van a intercambiar temperatura hasta llegar a un equilibrio.
Dos cuerpos estan en equilibrio termico si tienen la misma temperatura.
Principio 0 de la termodinamica
Si dos objetos a y b se encuentran en el mismo estado termico con un tercero se dice que los 3 elementos se encuentran en un mismo equilibrio termico.
A
= C =B
Expansion termica de Solidos y Liquidos
La expansion termica es una consecuencia del cambio en la separación media entre los átomos o moleculas constituyentes de una sustancia. La expansion termica depende de cada material. Es definido como "el coheficiente de expansion lineal α" Resultando en:
\begin{center} $\Delta L = \alpha L_0 \Delta T$ \end{center}Termometro
En un termometro de mercurio la medicion de temperatura se realiza gracias a la expansion termica de este material a travez de un capilar existente dentro del cuerpo de vidrio del termometro.
Escalas
- Celcius,
Define los valores del 0 al 100 como el punto de ebullision del agua (100°C) a el de Solidificacion (0°C) bajo la presión de una atmosfera. - Farenheit,
Los puntos 0°C y 100°C corresponden a 32°F y 212°F, respectivamente y se divide en 180 partes iguales cada una la cual representa 1°F. - Kelvin,
Tambien conocida como Escala Absoluta, Esta toma el valor más bajo teoricamente posible (-273,15°C) Para la Escala K este es el punto 0 y el tamaño de una unidad es igual a °C por lo que para transformar Celcius a Kelvin hay que sumarle "273,15" a la medida.
Gases ideales
Es un gas donde por su baja densidad las moléculas no interactuan entre sí.
-
Ecuacion del estado de los gases ideales:
\begin{center} $P.V = n.R.T$ \end{center}Donde, P = presion, V = Volumen Ocupado, T = Temperatura(en K), n cantidad de moles, R la constante universal de los gases (R = 8,314 J/mol K | R = 0,082 litro * atm/mol * K)
Calor espeficico y Calor Latente
-
Calor Especifico (C_e)
\begin{center} $\frac{1 Cal}{Kg * ^\circ C}$ \end{center}
Para calentar una sustancia hay que entregarle calor, vamos a llamar calor especifico a la cantidad de calor la cual tenemos que entregar para elevar la temperatura del sistema 1°C, por ejemplo para el agua a 15°C necesitamos una caloria sobre Kg* °C: - Calor Latente (C_L
El calor que debe entregarse a 1Kg de una sustancia para producir un cambio de fase. sea pasar de solido a liquido o de liquido a gaseoso. Por ejemplo para pasar el hielo a agua se necesitarian 80 Cal/Kg.
La Energia involucrada en un cambio de temperatura de una masa m en una sustancia de calor especifico c_e.
\begin{center} $Q = c_e * m * \Delta T$ \end{center}La energia involucrada en el cambio de estado de una masa m de una sustancia de calor latente c_L.
\begin{center} $Q = c_L * m$ \end{center}Transmision de Calor
A nivel macroscópico distinguimos tres mecanismos de transferencia de energia (calor), provocada por diferencias de temperatura:
- Conduccion
Ocurre por contacto fisico. Hay transporte de energía pero no de materia. Común en metales. - Conveccion
La energia se transporta junto a la materia, la cual se mueve tanto por diferencias de densidad o impulsada artificialmente. Ocurre en fluidos. - Radiacion
La energia se transporta mediante ondas electromagneticas, a distancia y a través del vacio.
Primer Principio de la termodinamica
Consiste en el principio de la conservacion de la energia.
\begin{center} \Delta U = Q + L \end{center}Donde: \\
Δ U = U_f - U_0, es la variacion de al energia interna del sistema.
L, Es el trabajo mecanico intercambiado con el sistema
Q, es la energia intercambiada con el sistema como calor. \\
Energia Interna
Según el modelo cinetico-molecular, cualquier cuerpo puede ser considerado como un conjunto de particulas en movimiento que interactuan entre sí. Siendo la energia interna la suma de las energias de cada una de sus particulas constituyentes. Esta energia interna es lo que llamamos U y dependen del estado y no del camino que recorrio la materia.
Trabajo mecanico
Esta relacionado con todas las formas de trabajo que intercambia el sistema con el medio exterior. Consideremos el trabajo asociado a la compresion y expansion de un gasd contenido en un cilindro con un émbolo móvil. En estas condiciones el trabajo elemental realizado por la fuerza F al desplazarse un dy es:
\begin{center} $dL = -Fdy = -PAdy$ $dL = -PdV$ $L = - \int PdV$ \end{center}En este caso L<0 cuando se expande el sistema, y L>0 cuando este se contrae.
Diferentes Procesos
- Isobaricos
Presion Constante - Isocoricos
Volumen Constante - Isotermicos
Temperatura Constante - Adiabaticos
Sin intercambio de calor entre el sistema y el medio. - Ciclicos
Procesos en un ciclo cerrado donde el estado final es igual al inicial, \Delta U = 0
Segundo Principio de la termodinamica
Establese restricciones por las cuales algunos procesos no pueden ocurrir en la naturaleza. Para los procesos que no violan el primer principio no son permitidos por el segundo principio:
- El calor se transfiere de una fuente caliente a una fria, no al revez.
- Un vaso al romperse no se rearma espontaneamente.
- El aire no se separa de sus gases componentes.
Todos esos procesos son irreversibles.
Maquinas termicas
Son maquinas que operan de forma ciclica entre dos fuentes de distintas temperaturas. (T_c > T_f) Extrayendo el calor de la fuente caliente a la fria (Q_c a Q_f).
Trabajo:
\begin{center} $L = |Q_c| - |Q_f|$ \end{center}Eficiencia:
\begin{center} $e = L / |Q_c| = 1 - (|Q_f| / |Q_c|)$ \end{center}Eficiencia de la maquina termica reversible (Carnot):
\begin{center} $e_R = 1 - (T_f / T_c)$ \end{center}la eficiencia siempre es menor que 1.
Maquina Frigorifica
tambien operan de forma ciclica entre dos fuentes a distintas temperaturas:
Trabajo:
\begin{center} $L = |Q_c| - |Q_f|$ \end{center}Rendimiento:
\begin{center} $r = |Q_f| / L = |Q_f| /(|Q_c| - |Q_f|)$ \end{center}Rendimiento Reversible:
\begin{center} $r_R = T_f / (T_c - T_f)$
ia eficiencia puede ser mayor a 1.
Enunciados
-
Kevin/Plank: \\
Es imposible construir una maquina que convierta todo el calor en trabajo sin perdidas.
-
Clausius: \\
Es imposble construir una maquina termica que transfiera calor de una fuente caliente a una fria sin entregarle trabajo.