Conceptos Fundamentales de la Termodinámica
Mapa conceptual
La termodinámica estudia la transferencia de energía como calor y su conversión en trabajo. Aborda conceptos como gases ideales, temperatura, calor, calor latente y específico. Define sistemas termodinámicos y sus transformaciones, ya sean reversibles o irreversibles. Explica los principios de conservación de energía y eficiencia en máquinas térmicas, además de introducir la entropía y el ciclo de Carnot para entender la eficiencia teórica de estas máquinas.
Resumen
Esquema
Conceptos Fundamentales de la Termodinámica
La termodinámica es una disciplina de la física que estudia las leyes que rigen la transferencia de energía en forma de calor y su conversión en trabajo. Entre los conceptos clave se encuentran los gases ideales, que son un modelo simplificado para el estudio del comportamiento de los gases, donde las moléculas se mueven libremente y solo interactúan mediante colisiones elásticas. La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las partículas de un sistema y se mide en grados Celsius (ºC) o Kelvin (K), siendo esta última la escala absoluta. El calor es la transferencia de energía térmica entre cuerpos o sistemas a diferentes temperaturas y se mide en julios (J) o calorías (cal), donde 1 cal equivale aproximadamente a 4.184 J. El calor latente es la energía absorbida o liberada por una sustancia durante un cambio de fase a temperatura constante, y el calor específico es la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un kilogramo de una sustancia en un grado Celsius (1 K).Estado y Transformaciones de un Sistema Termodinámico
Un sistema termodinámico es una región del espacio seleccionada para análisis, cuyo estado se caracteriza por variables como presión, volumen y temperatura. Los sistemas pueden ser homogéneos, si tienen una sola fase y composición uniforme, o heterogéneos, si contienen más de una fase o composición variable. Según su interacción con el entorno, se clasifican en abiertos (intercambian materia y energía), cerrados (solo intercambian energía) o aislados (no intercambian ni materia ni energía). Las transformaciones termodinámicas son los procesos que llevan a un sistema de un estado a otro y pueden ser reversibles, si es posible retornar al estado inicial sin cambios en el entorno, o irreversibles, si el proceso genera cambios en el entorno que impiden la reversión al estado inicial.Primer y Segundo Principio de la Termodinámica
El primer principio de la termodinámica, equivalente a la ley de conservación de la energía, afirma que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. En un proceso termodinámico, la energía absorbida en forma de calor se distribuye entre el trabajo realizado por el sistema y el incremento de su energía interna. El segundo principio introduce el concepto de irreversibilidad y establece que es imposible construir una máquina que, operando en un ciclo, convierta todo el calor absorbido de un foco térmico en trabajo sin transferir parte de ese calor a un foco frío. Este principio introduce la noción de eficiencia en las máquinas térmicas y la imposibilidad de alcanzar un rendimiento del 100%.Transformaciones en Gases Ideales
Las transformaciones termodinámicas en gases ideales se pueden representar en un diagrama de presión-volumen (P-V) y se clasifican según la variable que se mantiene constante: isocóricas (volumen constante), isobáricas (presión constante), isotérmicas (temperatura constante) y adiabáticas (sin intercambio de calor). Cada tipo de transformación sigue leyes específicas que relacionan las variables termodinámicas y permiten calcular el trabajo realizado o el calor intercambiado. Por ejemplo, en una transformación isotérmica, la ley de Boyle-Mariotte establece que el producto de la presión por el volumen es constante.Concepto de Entropía y Ciclo de Carnot
La entropía es una propiedad termodinámica que mide el grado de desorden o aleatoriedad de las partículas en un sistema y se relaciona con la cantidad de energía no disponible para realizar trabajo. Se define como el cociente entre el calor transferido y la temperatura a la que ocurre la transferencia, en un proceso reversible. La entropía se mide en julios por kelvin (J/K) y su variación entre dos estados depende de los procesos intermedios. En un ciclo termodinámico reversible, como el ciclo de Carnot, la variación total de entropía es cero. El ciclo de Carnot es un modelo idealizado de máquina térmica que opera con la máxima eficiencia teórica posible entre dos focos térmicos, alternando entre transformaciones isotérmicas y adiabáticas, y es esencial para el estudio de la eficiencia teórica de las máquinas térmicas.
Mostrar más
Leyes de la Termodinámica
Primer Principio de la Termodinámica
La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma
Segundo Principio de la Termodinámica
Es imposible construir una máquina térmica con un rendimiento del 100%
Entropía
La entropía mide el grado de desorden en un sistema y se relaciona con la cantidad de energía no disponible para realizar trabajo
Gases Ideales
Modelo de Gases Ideales
Los gases ideales son un modelo simplificado para el estudio del comportamiento de los gases
Leyes de los Gases Ideales
Ley de Boyle-Mariotte
En una transformación isotérmica, la ley de Boyle-Mariotte establece que el producto de la presión por el volumen es constante
Ley de Charles
En una transformación isobárica, la ley de Charles establece que el volumen es directamente proporcional a la temperatura
Ley de Gay-Lussac
En una transformación isocórica, la ley de Gay-Lussac establece que la presión es directamente proporcional a la temperatura
Transformaciones en Gases Ideales
Las transformaciones termodinámicas en gases ideales se pueden representar en un diagrama de presión-volumen y se clasifican según la variable que se mantiene constante
Estado y Transformaciones de un Sistema Termodinámico
Definición de Sistema Termodinámico
Un sistema termodinámico es una región del espacio seleccionada para análisis, cuyo estado se caracteriza por variables como presión, volumen y temperatura
Tipos de Sistemas Termodinámicos
Sistemas Homogéneos
Los sistemas homogéneos tienen una sola fase y composición uniforme
Sistemas Heterogéneos
Los sistemas heterogéneos contienen más de una fase o composición variable
Transformaciones Termodinámicas
Transformaciones Reversibles
Las transformaciones reversibles son procesos en los que es posible retornar al estado inicial sin cambios en el entorno
Transformaciones Irreversibles
Las transformaciones irreversibles son procesos en los que se generan cambios en el entorno que impiden la reversión al estado inicial
Conceptos Fundamentales de la Termodinámica
Aprende con las flashcards de Algor Education
Haz clic en las tarjetas para aprender más sobre el tema
00
Gases ideales
Modelo teórico de gases donde las moléculas se mueven libremente y solo interactúan en colisiones elásticas.
01
Temperatura y energía cinética
La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las partículas de un sistema; se mide en ºC o K.
02
Calor y sus unidades de medida
Transferencia de energía térmica entre cuerpos a distintas temperaturas; se mide en julios (J) o calorías (cal), 1 cal ≈ 4.184 J.
