EVA 2

TERMODINÁMICA

La termodinámica es la rama de la física que describe los estados de equilibrio termodinámico 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 se estudian y definen 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 tratarse por medio de la termodinámica.

PRINCIPIOS DE LA TERMODINÁMICA:

Principio cero de la termodinámica:

Este principio o ley cero, nos da a conocer  que existe una determinada propiedad denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo.

En palabras básicas: «Si se pone un objeto con cierta temperatura en contacto con otro a una temperatura distinta, ambos intercambian calor hasta que sus temperaturas se igualan».

Tiene una gran importancia experimental «pues permite construir instrumentos que midan la temperatura de un sistema» pero no resulta tan importante en el marco teórico de la termodinámica.

Primer principio de la termodinámica

También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, nos dice que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien este intercambia calor con otro, la energía interna del sistema sera distinta.

Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:

Donde:

• U es la energía interna del sistema (aislado),
• Q es la cantidad de calor aportado al sistema 
• W es el trabajo realizado por el sistema.

Segundo principio de la termodinámica

Este principio marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, una mancha de tinta dispersada en el agua no puede volver a concentrarse en un pequeño volumen). El sentido de evolución de los procesos reales es único ya que son irreversibles. Este hecho viene caracterizado por el aumento de una magnitud física, S, la entropía del sistema termodinámico, con el llamado principio de aumento de entropía, que es una forma de enunciar el segundo principio de la termodinámica. También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo a otro sin pérdidas. De esta forma, el segundo principio impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta solo el primer principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.

Enunciado de Clausius

En palabras de Sears es: «No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más elevada».

Enunciado de Kelvin—Planck

Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito, con la realización de una cantidad igual de trabajo. Esto afirma la imposibilidad de construir una máquina que convierta todo el calor en trabajo. Siempre es necesario intercambiar calor con un segundo foco (el foco frío), de forma que parte del calor absorbido se expulsa como calor de desecho al ambiente. Ese calor desechado, no pude reutilizarse para aumentar el calor (inicial) producido por el sistema (en este caso la máquina), es a lo que llamamos entropía.

Tercer principio de la termodinámica

La mayor parte de la termodinámica no requiere la utilización de este postulado. El postulado de Nernst, llamado así por ser propuesto por Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual alcero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto.

Es importante remarcar que los principios de la termodinámica son válidos siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel microscópico. La idea del demonio de Maxwell ayuda a comprender los límites de la segunda ley de la termodinámica jugando con las propiedades microscópicas de las partículas que componen un gas.

PROPIEDADES DE LA TERMODINÁMICA

Propiedades Intensivas:

Son aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia o del tamaño de un cuerpo, por lo que el valor permanece inalterable al dividir el sistema inicial en varios sistemas.

• Temperatura (T).
• Volumen específico (Ve).
• Índice de refracción.
• Volumen molar.
• Presión (p).
• Voltaje (v).
• Densidad (d).

Propiedades extensivas:

Son aquellas que dependen de la cantidad de materia considerada y son aditivas. Son aditivas porque los valores de una misma propiedad extensiva se pueden sumar.

En general el cociente entre dos magnitudes extensivas nos da una magnitud intensiva, por ejemplo la división entre masa y volumen nos da la densidad.

• Energía interna (U).
• Capacidad calorífica (C).
• Peso (P)
• Entalpía (H)
• Entropía (S).
• Volumen (V).
• Trabajo (W).
• VOLUMEN FÓRMULA
  #include <iostream>
  #include <math.h>
  using namespace std;
  
  
  int main()
  {
  // 1) DECLARACION no se ejecuta es comentario
  double v, m, d;
  // 2) ASIGNACION
  cout<<"Ingrese un valor Masa: "; cin>> m;
  cout<<"Ingrese un valor Densidad: "; cin>> d;
  // 3) PROCESO
  v = m / d;
  // 4) RESULTADO
  cout<<"EL Volumen es : "<< v << endl;
  
  
  system ("pause");
  return 0;
  }
  
  
  VOLUMEN MOLAR FÓRMULA
  #include <iostream>
  #include <math.h>
  using namespace std;
  
  
  int main()
  {
  // 1) DECLARACION no se ejecuta es comentario
  double P, Vm, R,T;
  // 2) ASIGNACION
  cout<<"Ingrese un valor Constante de los gases: "; cin>> R;
  cout<<"Ingrese un valor Temperatura: "; cin>> T;
  cout<<"Ingrese un valor Presión: "; cin>> p;
  // 3) PROCESO
  Vm = RT/ P
  // 4) RESULTADO
  cout<<"El volumen molar es : "<< Vm << endl;
  
  
  system ("pause");
  return 0;
  }
  
  
  PESO FÓRMULA
  #include <iostream>
  #include <math.h>
  using namespace std;
  
  
  int main()
  {
  // 1) DECLARACION no se ejecuta es comentario
  double w, m, g;
  // 2) ASIGNACION
  cout<<"Ingrese un valor Masa: "; cin>> m;
  cout<<"Ingrese un valor Gravedad: "; cin>> g;
  // 3) PROCESO
  w = m* g;
  // 4) RESULTADO
  cout<<"El Peso es : "<< w << endl;
  
  
  system ("pause");
  return 0;
  
  
  }