LOS PRINCIPIOS DE LA TERMODIN

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LOS PRINCIPIOS DE LA TERMODINÁMICA

• TEMA 8

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Introducción

• El funcionamiento de las máquinas térmicas y
  frigoríficas se basan en los dos principios de la
  termodinámica.
• Las máquinas térmicas son capaces de producir
  trabajo mecánico sin recurrir a fuente alguna de
  energía, o bien extrayendo energía de una sola
  fuente.
• Como curiosidad señalar que la máquina de vapor
  fue construida con anterioridad al
  establecimiento de la termodinámica. En este caso
  la aplicación práctica (TÉCNICA) surgió antes que
  el descubrimiento teórico (CIENCIA),en otras
  ocasiones es la tecnología quien desarrolla y
  busca aplicaciones prácticas a un descubrimiento
  teórico.
• CIENCIATÉCNICATECNOLOGÍA

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Calor y temperatura

• El calor es la energía que se transmite de un
  cuerpo a otro, es una energía en tránsito, por
  eso no tiene sentido hablar de calor almacenado
  en un cuerpo.

? La temperatura es una magnitud física que
depende de la velocidad media de las partículas
que constituyen el cuerpo (moléculas).Cuanto
mayor sea la velocidad de las partículas mayor
será su energía interna y por tanto su
temperatura.
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TERMODINÁMICA
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SISTEMA TERMODINÁMICO
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• La termodinámica estudia las propiedades que
  se conocen como variables termodinámicas
  (composición y concentración de los componentes,
  presión, volumen, temperatura), que se refieren
  al comportamiento global de un número muy elevado
  de partículas y que definen el llamado estado del
  sistema.
• Cuando estas variables tienen un valor
  definido para cada estado del sistema sin
  depender de los procesos que este haya
  experimentado reciben el nombre de funciones de
  estado.

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(No Transcript)
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TRANSFORMACIONES DE UN SISTEMA TERMODINÁMICO
Las transformaciones de un sistema termodinámico
desde un estado inicial a otro final pueden tener
lugar de distintas formas que se representan
gráficamente en un diagrama P-V.
? es el coeficiente adiabático y se calcula
CP/CV
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Primer principio de la termodinámica
En el ejemplo, al calentar el agua el tapón sale
lanzado. El calor transmitido al agua se
transforma en -Lanzar el tapón (trabajo
mecánico) -Aumentar la energía interna de las
moléculas de agua
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(No Transcript)
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CALOR MOLAR (ESPECÍFICO) A PRESIÓN Y VOLUMEN
CONSTANTE
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Cálculo del trabajo de expansión, calor
intercambiado y variación de energía interna en
algunas transformaciones de gases ideales.
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La variación de energía interna es independiente
de las variaciones de presión y temperatura
(ejemplo página 153).
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QWexp
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(No Transcript)
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2º Principio de la Termodinámica

• hay muchos enunciados equivalentes de la
  segunda ley de la termodinámica
• Un sistema aislado evoluciona de forma natural
  hacia las configuraciones más probables.
• Un sistema aislado evoluciona de forma natural
  hacia la redistribución de la energía disponible
  equitativamente entre sus partes.
• En los sistemas aislados, el calor fluye de los
  cuerpos calientes a los fríos.
• La capacidad de un sistema aislado de convertir
  calor en trabajo decrece constantemente.
• (5) Aunque la energía se conserva, la energía
  disponible en cualquier sistema aislado siempre
  disminuye.
• (6) Los sistemas aislados evolucionan en el
  sentido en el que incrementan su entropía
  (disminuyen su orden).

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Segundo principio de la termodinámica
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NO EXISTE UNA MÁQUINA CAPAZ DE CONVERTIR EL CALOR
EN TRABAJO A EXPENSAS DE UNA SOLA FUENTE

• Hay que darse cuenta de que la energía
  calorífica puede utilizarse para elevar una masa
  y realizar trabajo, sólo porque había una
  diferencia de temperaturas entre los dos gases.
• Si inicialmente los gases hubieran estado a
  la misma temperatura, entonces el sistema habría
  estado en equilibrio y no habría habido flujo de
  calor.
• Podría existir una gran cantidad de energía
  calorífica presente en ambos gases, en forma de
  movimientos moleculares, pero la energía no
  podría utilizarse para realizar trabajo.
• Si el calor no fluye, el peso no se puede
  elevar.
• El caso en el que las dos temperaturas son
  iguales, produciría el mismo efecto que salir de
  la ducha y tratar de secarse con una toalla
  húmeda. Si la toalla está tan húmeda como tú, no
  te podrás secar.

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CONSECUENCIAS A NIVEL GLOBAL

• Ya que el calor fluye continuamente de los
  cuerpos calientes a los fríos en todos los
  lugares del universo, como dice la segunda ley de
  la termodinámica, el universo pierde gradualmente
  su capacidad de realizar trabajo.
• La cantidad total de energía disponible disminuye
  constantemente. No sólo es que todas las máquinas
  del universo se estén descargando, sino que
  además la capacidad de reconvertir el calor
  resultante en trabajo se reduce con el tiempo.
• No hay forma de eludir la unidireccionalidad de
  la segunda ley de la termodinámica.
• Esta implicación sorprendente de la segunda ley,
  que ha intrigado y alarmado a la gente desde
  mediados del siglo xIx, se ha denominado la
  muerte térmica del universo.
• Aún se debate entre los físicos de qué manera se
  aplica la segunda ley de la termodinámica al
  universo como un todo.

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Máquinas térmicas

• El deseo de construir máquinas tan eficientes
  como fuera posible fue el motivo de gran parte de
  la comprensión de la segunda ley.
• La primera de estas investigaciones la realizó
  el científico, físico e ingeniero francés Sadi
  Carnot (memoria clásica Reflections on the
  Motive Power of Fire() (1824) )una vez que la
  revolución industrial estaba a pleno ritmo.
• En particular, Carnot quería saber la
  eficiencia teórica máxima de una máquina térmica
  (dispositivo que puede realizar trabajo movido
  por calor, llamado motor térmico.)

()Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego
y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar
esta potencia
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Ciclo de CARNOT
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(No Transcript)
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La entropía es una magnitud que determina el
grado de desorden de un sistema. ?SQ/T La
tendencia en la naturaleza es a evolucionar a
estados de mayor desorden
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En el próximo tema veremos las aplicaciones del
ciclo de Carnot Máquina térmica y máquina
frigorífica
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