Termodinámica

Termodinámica

Termodinámica

La

Latermodinámicatermodinámica(del griego θερμo-,(del griego θερμo-, termotermo, que significa “calor” y δύναμις,, que significa “calor” y δύναμις, dinámico

dinámico, que significa “fuerza” , que significa “fuerza” ) es una rama de la física ) es una rama de la física que estudia los efectos de losque estudia los efectos de los

cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico. Aproximadamente, calor significa “energía en tránsito” y dinámica se macroscópico. Aproximadamente, calor significa “energía en tránsito” y dinámica se refiere al “movimiento”, por lo

refiere al “movimiento”, por lo que, en esencia, la que, en esencia, la termodinámitermodinámica estudia la circulaciónca estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la

se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencnecesidad de aumentar la eficiencia de las primeras maquinasia de las primeras maquinas de vapor.

de vapor.

Un

Unsistemasistema (lat.(lat. systema systema, proveniente del griego, proveniente del griego σύστημασύστημα) es un conjunto ordenado de) es un conjunto ordenado de

elementos cuyas propiedades se interrelacionan e interactuan de forma armónica entre elementos cuyas propiedades se interrelacionan e interactuan de forma armónica entre sí. Estos elementos se denominan módulos. A su vez cada módulo puede ser un

sí. Estos elementos se denominan módulos. A su vez cada módulo puede ser un subsistema

subsistema, dependiendo si , dependiendo si sus propiedades son abiertas sus propiedades son abiertas o cerradas.o cerradas. Un

Unsistema termodinámicosistema termodinámico es una parte del Universo que se aisla para su estudio. Estees una parte del Universo que se aisla para su estudio. Este

<<aislamiento>> se puede llevar a cabo de una manera real, en el campo experimental, <<aislamiento>> se puede llevar a cabo de una manera real, en el campo experimental, o de una manera ideal, cuando se trata de abordar un estudio teórico.

o de una manera ideal, cuando se trata de abordar un estudio teórico.

Clasificación

Clasificación

Los sistemas termodinámicos se clasifican según el grado de aislamiento que presentan Los sistemas termodinámicos se clasifican según el grado de aislamiento que presentan con su entorno. Aplicando este criterio pueden darse tres clases de sistemas.

con su entorno. Aplicando este criterio pueden darse tres clases de sistemas.

•

• Sistema aisladoSistema aislado, que es aquel que no intercambia ni materia ni energía con su, que es aquel que no intercambia ni materia ni energía con su

entorno. Un ejemplo de este clase podría ser un gas

entorno. Un ejemplo de este clase podría ser un gas encerrado en un recipiente deencerrado en un recipiente de  paredes rígidas lo

 paredes rígidas lo suficientsuficientemente gruesas (paredes adiabáticas) como emente gruesas (paredes adiabáticas) como parapara considerar que los intercambios de energía calorífica sean despreciables, ya que considerar que los intercambios de energía calorífica sean despreciables, ya que  por hipótesis no puede intercambiar energía en forma de trabajo.

 por hipótesis no puede intercambiar energía en forma de trabajo.

•

• Sistema cerradoSistema cerrado. Es el que puede intercambiar energía pero no materia con el. Es el que puede intercambiar energía pero no materia con el

exterior. Multitud de sistemas se pueden englobar en esta clase. El mismo planeta exterior. Multitud de sistemas se pueden englobar en esta clase. El mismo planeta Tierra puede considerarse un sistema cerrado. Una lata de sardinas también

Tierra puede considerarse un sistema cerrado. Una lata de sardinas también  podría estar incluida en esta clasificación.

 podría estar incluida en esta clasificación.

•

• Sistema abiertoSistema abierto. En esta clase se incluyen la mayoría de sistemas que pueden. En esta clase se incluyen la mayoría de sistemas que pueden

observarse en la vida cotidiana. Por ejemplo, un vehículo motorizado es un observarse en la vida cotidiana. Por ejemplo, un vehículo motorizado es un sistema abierto, ya que intercambia materia con el exterior cuando es cargado, o sistema abierto, ya que intercambia materia con el exterior cuando es cargado, o su conductor se introduce en su interior para conducirlo, o es cargado de

su conductor se introduce en su interior para conducirlo, o es cargado de

combustible en un repostaje, o se consideran los gases que emite por su tubo de combustible en un repostaje, o se consideran los gases que emite por su tubo de escape pero, además, intercambia energía con el entorno. Sólo hay que

escape pero, además, intercambia energía con el entorno. Sólo hay que

comprobar el calor que desprende el motor y sus inmediaciones o el trabajo que comprobar el calor que desprende el motor y sus inmediaciones o el trabajo que  puede efectuar acarreando carga.

 puede efectuar acarreando carga.

Existen otros criterios para la clasificación de sistemas. La homogeneidad que pueda Existen otros criterios para la clasificación de sistemas. La homogeneidad que pueda  presentar un sistema es uno de ellos. De esta manera se habla de sistemas:

•

• Homogéneos, si las propiedades macroscópicas de cualquier parte del sistemaHomogéneos, si las propiedades macroscópicas de cualquier parte del sistema

son iguales en cualquier parte o porción del mismo. El estado de agregación en el son iguales en cualquier parte o porción del mismo. El estado de agregación en el que puede presentarse el sistema puede ser

que puede presentarse el sistema puede ser cualquiera. Por ejemplo, una sustanciacualquiera. Por ejemplo, una sustancia sólida, pura, que se encuentra cristalizada formando un monocristal es un sistema sólida, pura, que se encuentra cristalizada formando un monocristal es un sistema homogéneo, pero también lo puede ser una cierta porción de agua pura o

homogéneo, pero también lo puede ser una cierta porción de agua pura o unauna disolució

disolución, o n, o un gas retenido en un gas retenido en un recipiente cerrado.un recipiente cerrado.

•

• HeterogéneosHeterogéneos, cuando no , cuando no ocurre lo anterior ocurre lo anterior 

En Termodinámica, los sistemas elegidos para su estudio presentan, usualmente, una En Termodinámica, los sistemas elegidos para su estudio presentan, usualmente, una especial simplicidad. Los sistemas que se estudian son, generalmente, aquellos cuyo especial simplicidad. Los sistemas que se estudian son, generalmente, aquellos cuyo estado queda perfectamente determi

estado queda perfectamente determinado por un nado por un terna de variables de estado. Por terna de variables de estado. Por  ejemplo, el estado de un gas puede ser descrito perfectamente con los valores de la ejemplo, el estado de un gas puede ser descrito perfectamente con los valores de la  presión que hay en el mismo, la temperatura que presenta y el volumen que ocupa. En  presión que hay en el mismo, la temperatura que presenta y el volumen que ocupa. En

esta clase de sistemas, las variables no son absolutamente independientes, ya que esta clase de sistemas, las variables no son absolutamente independientes, ya que existen ligaduras entre ellas que pueden ser descritas mediante ecuaciones de estado. existen ligaduras entre ellas que pueden ser descritas mediante ecuaciones de estado.

1.

1. ↑↑ Se consideraSe considera entornoentorno aquella parte del Universo que no es el sistema.aquella parte del Universo que no es el sistema.

Teóricamente, ese entorno es el resto del Universo, pero a nivel práctico se Teóricamente, ese entorno es el resto del Universo, pero a nivel práctico se restringe a las inmediaciones del sistema

restringe a las inmediaciones del sistema 2.

2. ↑↑ Un sistema tiene múltiples maneras de intercambiar energía con el medio. UnaUn sistema tiene múltiples maneras de intercambiar energía con el medio. Una de ellas puede ser mediante una transferencia neta de calor, aunque también se de ellas puede ser mediante una transferencia neta de calor, aunque también se  pueden considerar intercambios de tipo mecánico, en el que se tienen en cuenta  pueden considerar intercambios de tipo mecánico, en el que se tienen en cuenta

las deformaciones del contorno donde se encuentra confinado el sistema las deformaciones del contorno donde se encuentra confinado el sistema 3.

3. ↑↑ Es importante entender la diferencia entre energía térmica y calor. El calor esEs importante entender la diferencia entre energía térmica y calor. El calor es una <<energía en tránsito>>, concretamente es la transferencia de energía que se una <<energía en tránsito>>, concretamente es la transferencia de energía que se da entre dos cuerpos que están en contacto directo, o casi, y que se encuentran a da entre dos cuerpos que están en contacto directo, o casi, y que se encuentran a distintas temperaturas. Comúnmente, se habla de <<flujo neto de calor>> del distintas temperaturas. Comúnmente, se habla de <<flujo neto de calor>> del objeto caliente al frío. A pesar de que el término de calor en sí mismo implica objeto caliente al frío. A pesar de que el término de calor en sí mismo implica transeferencia de energía, por costumbre se utilizan las expresiones <<calor  transeferencia de energía, por costumbre se utilizan las expresiones <<calor  absorbido>> o <<calor liberado>> para describir los cambios energéticos que absorbido>> o <<calor liberado>> para describir los cambios energéticos que ocurren durante un proceso

ocurren durante un proceso 4.

4. ↑↑ Si no se tienen en cuenta los intercambios de materia que pueden tener lugar Si no se tienen en cuenta los intercambios de materia que pueden tener lugar  como consecuencia de la llegada de los asteroides o meteoritos que llegan a su como consecuencia de la llegada de los asteroides o meteoritos que llegan a su superficie

superficie 5.

5. ↑↑ Como puede comprobarse no existen restricciones sobre el Como puede comprobarse no existen restricciones sobre el tamaño deltamaño del sistema. El sistema puede ser inclusive el propio Universo

sistema. El sistema puede ser inclusive el propio Universo

En termodinámica, se dice que un sistema se encuentra en

En termodinámica, se dice que un sistema se encuentra en estado de equilibrioestado de equilibrio termodinámico

termodinámico, si es incapaz de experimentar espontáneamente algún cambio de, si es incapaz de experimentar espontáneamente algún cambio de

estado cuando está sometido a unas determinadas condiciones de contorno, (las estado cuando está sometido a unas determinadas condiciones de contorno, (las

condiciones que le imponen sus alrededores). Para ello ha de encontrarse condiciones que le imponen sus alrededores). Para ello ha de encontrarse simultáneamente en equilibrio mecánico y equilibrio químico.

simultáneamente en equilibrio mecánico y equilibrio químico.

Definición formal

Definición formal

El estado local de un sistema termodinámico en equilibrio queda determinado por los El estado local de un sistema termodinámico en equilibrio queda determinado por los valores de sus cantidades y parámetros intensivos tales como: la presión, la temperatura, valores de sus cantidades y parámetros intensivos tales como: la presión, la temperatura, etc. Específicamente, el equilibrio termodinámico se caracteriza por tener un valor  etc. Específicamente, el equilibrio termodinámico se caracteriza por tener un valor  mínimo en sus potenciales termodinámicos, tales como la energía libre de Helmholtz, es mínimo en sus potenciales termodinámicos, tales como la energía libre de Helmholtz, es decir, sistemas con temperatura y volumen constantes:

decir, sistemas con temperatura y volumen constantes:

A = U – TS A = U – TS

O la energía libre de Gibbs, es decir, en sistemas caracterizados por tener la presión y la O la energía libre de Gibbs, es decir, en sistemas caracterizados por tener la presión y la temperaturas

temperaturas constantesconstantes::

G = H – TS G = H – TS

El proceso que gobierna un sistema hacia el equilibrio termodinámico se denomina El proceso que gobierna un sistema hacia el equilibrio termodinámico se denomina termalización. Un ejemplo de este tipo de procesos es el que tiene lugar en un sistema termalización. Un ejemplo de este tipo de procesos es el que tiene lugar en un sistema de partículas interactuantes y que se abandona a sus propias influencias. Un sistema tal de partículas interactuantes y que se abandona a sus propias influencias. Un sistema tal y como este intercambia enegía/momentum entre las partículas que lo constituyen hasta y como este intercambia enegía/momentum entre las partículas que lo constituyen hasta que las variables macroscópicas que definen el sistema permanecen invariables en el que las variables macroscópicas que definen el sistema permanecen invariables en el tiempo.

tiempo.

La termodinámica clásica trata, casi siempre, de transformaciones entre estados de La termodinámica clásica trata, casi siempre, de transformaciones entre estados de equilibrio. La palabra equilibrio implica un estado que ha repartido sus variables hasta equilibrio. La palabra equilibrio implica un estado que ha repartido sus variables hasta que no hay cambios. En el estado de equilibrio no hay potenciales sin balancear (o que no hay cambios. En el estado de equilibrio no hay potenciales sin balancear (o fuerzas perturbadoras) con el sistema. Un sistema se dice que ha llegado al equilibrio fuerzas perturbadoras) con el sistema. Un sistema se dice que ha llegado al equilibrio termodinámico cuando no experimenta cambios al haber sido aislado de su entorno. termodinámico cuando no experimenta cambios al haber sido aislado de su entorno.

Repaso del equilibrio

Repaso del equilibrio

•

• Dos sistemas se dicen que están enDos sistemas se dicen que están en equilibrio térmicoequilibrio térmico cuando el valor de suscuando el valor de sus

temperaturas es el mismo. temperaturas es el mismo.

•

• Dos sistemas se dicen que están enDos sistemas se dicen que están en equilibrio mecánicoequilibrio mecánico cuando el valor de suscuando el valor de sus

 presiones es el mismo.  presiones es el mismo.

•

• Dos sistemas se dicen que están enDos sistemas se dicen que están en equilibrio difusivoequilibrio difusivo cuando el valor de suscuando el valor de sus

 potenciales químicos es el mismo.  potenciales químicos es el mismo.

En física, se denomina

En física, se denomina proceso termodinámicoproceso termodinámico a la evolución de determinadasa la evolución de determinadas

magnitudes (o propiedades) propiamente termodinámicas relativas a un

magnitudes (o propiedades) propiamente termodinámicas relativas a un determinadodeterminado sistema físico. Desde el punto de vista de la termodinámica, estas transformaciones sistema físico. Desde el punto de vista de la termodinámica, estas transformaciones deben transcurrir desde un estado de equilibrio inicial a otro final; es decir, que las deben transcurrir desde un estado de equilibrio inicial a otro final; es decir, que las

magnitudes que sufren una variación al pasar de un estado a otro deben estar  magnitudes que sufren una variación al pasar de un estado a otro deben estar 

 perfectamente definidas en dichos estados inicial y final. De esta forma los procesos  perfectamente definidas en dichos estados inicial y final. De esta forma los procesos

termodinámicos pueden ser interpretados como el resultado de la

termodinámicos pueden ser interpretados como el resultado de la interaccióninteracción de unde un

sistema con otro tras ser eliminada alguna

sistema con otro tras ser eliminada alguna ligaduraligadura entre ellos, de forma que finalmenteentre ellos, de forma que finalmente

los sistemas se encuentren en equilibrio (mecánico, térmico y/o material) entre si. los sistemas se encuentren en equilibrio (mecánico, térmico y/o material) entre si. De una manera menos abstracta, un proceso termodinámico puede ser visto como los De una manera menos abstracta, un proceso termodinámico puede ser visto como los cambios de un sistema, desde unas

cambios de un sistema, desde unas condiciones inicialescondiciones iniciales hasta otrashasta otras condiciones finalescondiciones finales,,

debidos a la desestabilización del sistema. debidos a la desestabilización del sistema.

•

• Proceso isocóricoProceso isocórico

Un proceso isocórico, también llamado proceso isométrico o isovolumétrico es un Un proceso isocórico, también llamado proceso isométrico o isovolumétrico es un  proceso termodinámico en el cual el volumen permanece constante; ΔV = 0. Esto  proceso termodinámico en el cual el volumen permanece constante; ΔV = 0. Esto

implica que el proceso no realiza trabajo presión-volumen, ya que éste se define como: implica que el proceso no realiza trabajo presión-volumen, ya que éste se define como: ΔW = PΔV, donde P es la presión (el trabajo es positivo, ya que es ejercido por el

ΔW = PΔV, donde P es la presión (el trabajo es positivo, ya que es ejercido por el sistema).

sistema).

Aplicando la primera ley de la termodinámica, podemos deducir que Q, el cambio de la Aplicando la primera ley de la termodinámica, podemos deducir que Q, el cambio de la energía interna del sistema es: Q = ΔU para un proceso isocórico: es decir, todo el calor  energía interna del sistema es: Q = ΔU para un proceso isocórico: es decir, todo el calor  que transfiramos al sistema quedará a su energía interna, U. Si la cantidad de gas

que transfiramos al sistema quedará a su energía interna, U. Si la cantidad de gas

 permanece constante, entonces el incremento de energía será proporcional al incremento  permanece constante, entonces el incremento de energía será proporcional al incremento

de temperatura, Q = nCVΔT donde CV es el calor específico molar a volumen de temperatura, Q = nCVΔT donde CV es el calor específico molar a volumen

constante. En un diagrama P-V, un proceso isocórico aparece como una línea vertical constante. En un diagrama P-V, un proceso isocórico aparece como una línea vertical

•

• Proceso isobáricoProceso isobárico

Proceso Isobárico es aquel proceso termodinámico que ocurre

Proceso Isobárico es aquel proceso termodinámico que ocurre a presión constante. Ena presión constante. En él, el calor transferido a presión constante está relacionado con el resto de variables él, el calor transferido a presión constante está relacionado con el resto de variables

•

• Proceso adiabáticoProceso adiabático

En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquel en el cual el sistema En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquel en el cual el sistema (generalmente

(generalmente, un fluido que realiza un , un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Untrabajo) no intercambia calor con su entorno. Un  proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isentrópico. El  proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isentrópico. El

extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando que la extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina como proceso

temperatura permanezca constante, se denomina como proceso isotérmicoisotérmico. El . El términotérmino adiabático hace referencia a elementos que impiden la transferencia de calor con el adiabático hace referencia a elementos que impiden la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima bastante a un límite adiabático. Otro ejemplo es entorno. Una pared aislada se aproxima bastante a un límite adiabático. Otro ejemplo es la temperatura adiabática de llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama la temperatura adiabática de llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama si no hubiera pérdida de calor hacia el entorno. En climatización los procesos de

si no hubiera pérdida de calor hacia el entorno. En climatización los procesos de

humectación (aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto que no hay transferencia humectación (aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto que no hay transferencia de calor, a pesar que se consiga variar la temperatura del aire y su humedad relativa. El de calor, a pesar que se consiga variar la temperatura del aire y su humedad relativa. El calentamiento y enfriamiento adiabático son procesos que comúnmente ocurren debido calentamiento y enfriamiento adiabático son procesos que comúnmente ocurren debido al cambio en la presión de un gas. Esto puede ser cuantificado usando la ley de los gases al cambio en la presión de un gas. Esto puede ser cuantificado usando la ley de los gases ideales.

En física y disciplinas afines la

En física y disciplinas afines la presiónpresión es una magnitud física que mide la fuerza por es una magnitud física que mide la fuerza por 

unidad de superficie, y sirve

unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una para caracterizar como se aplica una determinada fuerzadeterminada fuerza resultante sobre una superficie.

resultante sobre una superficie.

En el Sistema Internacional de Unidades la presión se mide en una unidad derivada que En el Sistema Internacional de Unidades la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton actuando se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton actuando uniformement

uniformemente en e en un metro cuadrado.un metro cuadrado. En física,

En física, energíaenergía se define como la capacidad para realizar un trabajo.se define como la capacidad para realizar un trabajo.

Volumen ocupado por la unidad de masa. Es el inverso de la densidad. Volumen ocupado por la unidad de masa. Es el inverso de la densidad. En el sistema internacional de unidades se expresa como m

En el sistema internacional de unidades se expresa como m33 _{/ kg./ kg.}

Peso específico

Peso específico

El peso específico de una sustancia se define como el peso por unidad de volumen. Se El peso específico de una sustancia se define como el peso por unidad de volumen. Se calcula al dividir el peso de la sustancia entre el volumen que esta ocupa. En el sistema calcula al dividir el peso de la sustancia entre el volumen que esta ocupa. En el sistema métrico decimal, se mide en kilopondios por metro cúbico (kp/m³). En el Sistema métrico decimal, se mide en kilopondios por metro cúbico (kp/m³). En el Sistema Internacional de Unidades, en newton por

Internacional de Unidades, en newton por metro cúbico (N/m³).metro cúbico (N/m³). La

Lagravedad específicagravedad específica (GE) es un tipo particular de densidad relativa definido como el(GE) es un tipo particular de densidad relativa definido como el

cociente entre la densidad de una sustancia dada, y la densidad del agua (H

cociente entre la densidad de una sustancia dada, y la densidad del agua (H 22O). UnaO). Una sustancia con una gravedad específica mayor a 1 es más denso que el agua, mientras que sustancia con una gravedad específica mayor a 1 es más denso que el agua, mientras que si la GE es menor a 1 dicha sustancia será más ligera que el agua.

si la GE es menor a 1 dicha sustancia será más ligera que el agua.

El valor del denominador es la densidad de la referencia, es decir, la densidad del agua El valor del denominador es la densidad de la referencia, es decir, la densidad del agua ρρH2OH2O= 1000 kg/m= 1000 kg/m33(a 4 °C o 39.2 °F) en unidades del SI.(a 4 °C o 39.2 °F) en unidades del SI.

La gravedad específica es una magnitud adimensional y por lo tanto no depende del La gravedad específica es una magnitud adimensional y por lo tanto no depende del sistema de unidades usado (e.j. slug/ft

sistema de unidades usado (e.j. slug/ft33_{o kgmo kgm}-3-3_{), siempre que las unidades sean iguales), siempre que las unidades sean iguales} en el numerador y en el denominador.

en el numerador y en el denominador. En termodinámica, una

En termodinámica, una función de estadofunción de estado oo variable de estadovariable de estado es una magnitud físicaes una magnitud física

macroscópica que caracteriza el estado de un sistema en equilibrio. Dado un sistema macroscópica que caracteriza el estado de un sistema en equilibrio. Dado un sistema termodinámico en equilibrio puede escogerse un número finito de variables de estado, termodinámico en equilibrio puede escogerse un número finito de variables de estado, tal que sus valores, determinan unívocamente el estado del sistema.

tal que sus valores, determinan unívocamente el estado del sistema.

El valor de una función de estado sólo depende del estado actual en que se encuentre el El valor de una función de estado sólo depende del estado actual en que se encuentre el sistema sin importar cómo llegó a él. Esto significa que si, en un instante dado, tenemos sistema sin importar cómo llegó a él. Esto significa que si, en un instante dado, tenemos dos sistemas termodinámicos en equilibrio con

dos sistemas termodinámicos en equilibrio con nn grados de libertad y medimos ungrados de libertad y medimos un

mismo valor de

mismo valor de nn funciones de estado independientes, cualquier otra función de estadofunciones de estado independientes, cualquier otra función de estado

tendrá el mismo valor

tendrá el mismo valor en ambos sistemas con independencia del valor de en ambos sistemas con independencia del valor de las variableslas variables en instantes anteriores. En general, los sistemas fuera del equilibrio no pueden ser  en instantes anteriores. En general, los sistemas fuera del equilibrio no pueden ser  representados por un número finito de grados de libertad, y su descripción es mucho representados por un número finito de grados de libertad, y su descripción es mucho más compleja.

Algunas variables de estado de un sistema en equilibrio son: Algunas variables de estado de un sistema en equilibrio son:

•

• la energía internala energía interna • • la presión.la presión. • • la temperatura.la temperatura. • • el volumenel volumen • • la entalpíala entalpía • • la entropíala entropía • • la densidadla densidad • • la la polarizaciópolarización.n. El

El Principio Cero de la TermodinámicaPrincipio Cero de la Termodinámica establece que si un sistema A está enestablece que si un sistema A está en

equilibrio térmico con otro sistema B, y este sistema B está en equilibrio térmico con equilibrio térmico con otro sistema B, y este sistema B está en equilibrio térmico con otro sistema C, entonces los sistemas A y C están en equilibrio térmico.

otro sistema C, entonces los sistemas A y C están en equilibrio térmico. Permite construir instrumentos para poder medir la

Permite construir instrumentos para poder medir la temperatura de un sistema.temperatura de un sistema.

Deducción del principio cero a partir del segundo principio Deducción del principio cero a partir del segundo principio

El principio cero de hecho puede deducirse del segundo principio de la termodinámica El principio cero de hecho puede deducirse del segundo principio de la termodinámica de una manera muy sencilla.

de una manera muy sencilla.

Sea inicialmente un sistema aislado Σ formado por dos subsistemas Σ

Sea inicialmente un sistema aislado Σ formado por dos subsistemas Σ11y Σy Σ22 seasea E  E lala energía total y

energía total y E  E 11yy E  E 22== E  E -- E  E 11 las energía de los dos subsistemas. Funcionalmente selas energía de los dos subsistemas. Funcionalmente se tiene que

tiene que S S (( E  E ) =) = S S (( E  E 11)+)+S S (( E  E 22), si admitimos como única variable independiente), si admitimos como única variable independiente E  E 11yy derivamos:

derivamos:

De donde se sigue que: De donde se sigue que:

Si aplicamos el anterior principio a un sistema formado Σ

Si aplicamos el anterior principio a un sistema formado Σ AB ABpor dos partes Σpor dos partes Σ A A y Σy Σ B B

deducimos que

deducimos que T T  A A ==T T  B B. Haciendo lo mismo con un sistema Σ. Haciendo lo mismo con un sistema Σ BC  BC formado por Σformado por Σ B B y Σy ΣC C 

llegamos a

llegamos a T T  B B ==T T C C , y por tanto,, y por tanto, T T  A A ==T T  B B ==T T C C ..

La

La primera ley de la termodinámicaprimera ley de la termodinámica oo Primer Principio de la termodinámicaPrimer Principio de la termodinámica es unaes una

aplicación de la ley universal de conservación de la energía a la termodinámica y, a su aplicación de la ley universal de conservación de la energía a la termodinámica y, a su vez, identifica el calor como una transferencia de energía. Uno de los enunciados de la vez, identifica el calor como una transferencia de energía. Uno de los enunciados de la  primera ley de la termodinámica es el siguiente:

El incremento de la energía interna de un sistema termodinámico es igual a la diferencia El incremento de la energía interna de un sistema termodinámico es igual a la diferencia entre la cantidad de calor transferida a un sistema y el trabajo realizado por el sistema a entre la cantidad de calor transferida a un sistema y el trabajo realizado por el sistema a sus alrededores.

sus alrededores. En su

En su forma matemática más sencilla se puede escribir para forma matemática más sencilla se puede escribir para cualquier volumen decualquier volumen de control:

control:

donde Δ

donde ΔU U es el incremento de energía interna del sistema,es el incremento de energía interna del sistema, QQes el calor cedido ales el calor cedido al

sistema, y

sistema, y W W es el trabajo cedido por el sistema a es el trabajo cedido por el sistema a sus alrededores.sus alrededores.

El primer principio de la termodinámica es una ley empírica que no

El primer principio de la termodinámica es una ley empírica que no puede demostrarsepuede demostrarse teóricamente.

teóricamente. La forma de

La forma de transferetransferencia de ncia de energíaenergía común para todas las ramas de la física ycomún para todas las ramas de la física y

ampliamente estudiada por éstas, es el trabajo. Dependiendo de la delimitación de los ampliamente estudiada por éstas, es el trabajo. Dependiendo de la delimitación de los sistemas a estudiar y del enfoque considerado, el trabajo puede ser caracterizado como sistemas a estudiar y del enfoque considerado, el trabajo puede ser caracterizado como mecánico, eléctrico, etc. pero su característica principal es el hecho de transmitir energía mecánico, eléctrico, etc. pero su característica principal es el hecho de transmitir energía y que, en general, la cantidad de energía transferida no depende solamente de los

y que, en general, la cantidad de energía transferida no depende solamente de los estados inicales y finales, sino también de la forma concreta en la que se lleven a cabo estados inicales y finales, sino también de la forma concreta en la que se lleven a cabo los procesos. El calor es la forma de transferencia de un tipo de energía particular, los procesos. El calor es la forma de transferencia de un tipo de energía particular,

 propiamente termodinámica, que es debida únicamente a que los sistemas se encuentren  propiamente termodinámica, que es debida únicamente a que los sistemas se encuentren

a distintas temperaturas (es algo común en la termodinámica catalogar el trabajo como a distintas temperaturas (es algo común en la termodinámica catalogar el trabajo como toda trasferencia de energía que no sea en forma de calor). Los hechos experimentales toda trasferencia de energía que no sea en forma de calor). Los hechos experimentales corroboran que este tipo de transferencia también depende del proceso y no sólo de los corroboran que este tipo de transferencia también depende del proceso y no sólo de los estados inicial y final.

estados inicial y final.

Sin embargo, lo que los experimentos sí demuestran es que dado cualquier proceso de Sin embargo, lo que los experimentos sí demuestran es que dado cualquier proceso de cualquier tipo que lleve al sistema de un estado A a otro B, la suma de la energía

cualquier tipo que lleve al sistema de un estado A a otro B, la suma de la energía

transferida en forma de trabajo y la energía transferida en forma de calor siempre es la transferida en forma de trabajo y la energía transferida en forma de calor siempre es la misma. Es decir, que la variación de energía interna del sistema es independiente del misma. Es decir, que la variación de energía interna del sistema es independiente del  proceso que la lleve de un estado a otro. En forma de ecuación y teniendo en cuenta el  proceso que la lleve de un estado a otro. En forma de ecuación y teniendo en cuenta el

criterio de signos termodinámico esta ley queda de la forma: criterio de signos termodinámico esta ley queda de la forma:

Así, el Primer

Así, el Primer Principio relaciona magnitPrincipio relaciona magnitudes de proceso (udes de proceso (dependiendependientes de éste) tes de éste) comocomo son el trabajo y el calor, con una variable de estado (independiente del proceso) tal son el trabajo y el calor, con una variable de estado (independiente del proceso) tal como lo es la energía interna.

como lo es la energía interna.

Aplicaciones de la Primera Ley

Aplicaciones de la Primera Ley

•

• Sistemas cerrados:Sistemas cerrados:

Un sistema cerrado es uno que no tiene entrada ni salida de masa, también es conocido Un sistema cerrado es uno que no tiene entrada ni salida de masa, también es conocido como masa de control. El sistema cerrado tiene interacciones de trabajo y calor con sus como masa de control. El sistema cerrado tiene interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, así como puede realizar trabajo de

La ecuación general para un sistema cerrado (despreciando energía cinética y potencial) La ecuación general para un sistema cerrado (despreciando energía cinética y potencial) es:

es:

Q 

Q ₋₋ W W _{= Δ= Δ}U U 

Donde

DondeQQes la cantidad total de transferencia de calor hacia o desde el sistema (positivaes la cantidad total de transferencia de calor hacia o desde el sistema (positiva

cuando entra al sistema y negativa cuando sale de éste),

cuando entra al sistema y negativa cuando sale de éste), W W es el trabajo total (negativoes el trabajo total (negativo

cuando entra al sistema y positivo cuando sale de éste) e incluye trabajo eléctrico, cuando entra al sistema y positivo cuando sale de éste) e incluye trabajo eléctrico, mecánico y de frontera; y

mecánico y de frontera; y U U es la energía interna del sistema.es la energía interna del sistema. •

• Sistemas abiertosSistemas abiertos

Un sistema abierto es aquel que tiene entrada y/o salida de masa, así como interacciones Un sistema abierto es aquel que tiene entrada y/o salida de masa, así como interacciones de trabajo y

de trabajo y calor con sus calor con sus alrededores, también puede realizar trabajo de frontera.alrededores, también puede realizar trabajo de frontera. La ecuación general para un sistema abierto es:

La ecuación general para un sistema abierto es:

O igualmente: O igualmente:

Q

Q−−W W ++

∑

∑

∑

∑

iinn oouutt   

Donde

Dondeininrepresenta todas las entradas de masa al sistema;representa todas las entradas de masa al sistema; out out representa todas lasrepresenta todas las

salidas de masa desde el sistema; y θ es la energía por unidad de masa del flujo y salidas de masa desde el sistema; y θ es la energía por unidad de masa del flujo y comprende

comprende entalpía, entalpía, energía energía potencial potencial y y energía energía cinética, cinética, ..

La energía del sistema es La energía del sistema es

•

• Sistemas abiertos en estado estacionarioSistemas abiertos en estado estacionario

El balance de energía se simplifica considerablemente para sistemas en estado El balance de energía se simplifica considerablemente para sistemas en estado

estacionario (también conocido como estado estable). En estado estacionario se tiene estacionario (también conocido como estado estable). En estado estacionario se tiene Δ

Δ E  E  sistema sistema= 0, por lo que el balance de energía queda:= 0, por lo que el balance de energía queda:

•

• Sistema AisladoSistema Aislado

Es aquel sistema en el cual no hay intercambio ni de masa ni de energía con el exterior. Es aquel sistema en el cual no hay intercambio ni de masa ni de energía con el exterior.

Trabajo (física)

Trabajo (física)

Trabajo se define como la productividad que la energia puede proporcionar al ser  Trabajo se define como la productividad que la energia puede proporcionar al ser  aplicada sobre un cuerpo por unidad de tiempo. En esencia, decimos que existe trabajo aplicada sobre un cuerpo por unidad de tiempo. En esencia, decimos que existe trabajo cuando se produce cierto desplazamiento por la energía aplicada. Si se empuja una cuando se produce cierto desplazamiento por la energía aplicada. Si se empuja una  pared no se realiza ningún trabajo ya que la pared permanece en la misma posición; en  pared no se realiza ningún trabajo ya que la pared permanece en la misma posición; en

contraparte si se empuja un vagón, este presenta cierto desplazamiento por lo que se contraparte si se empuja un vagón, este presenta cierto desplazamiento por lo que se considera que existe trabajo (se obtuvo un producto al aplicar energía).Es la aplicación considera que existe trabajo (se obtuvo un producto al aplicar energía).Es la aplicación de una fuerza que provoca un movimiento.

de una fuerza que provoca un movimiento. En mecánica el

En mecánica el trabajotrabajo efectuado por una fuerza aplicada sobre un cuerpo durante unefectuado por una fuerza aplicada sobre un cuerpo durante un

cierto desplazamiento se define como la integral del producto escalar del vector fuerza cierto desplazamiento se define como la integral del producto escalar del vector fuerza  por el vector desplazamiento. El trabajo es una magnitud física escalar, y se representa  por el vector desplazamiento. El trabajo es una magnitud física escalar, y se representa

con

con la la letra letra (del (del inglésinglés WWork) ork) o o (de(de Labor  Labor ) para distinguirlo de la magnitud) para distinguirlo de la magnitud

temperatura,

temperatura, normalmente normalmente representada representada con con la la letra letra .. La

Laenergía potencialenergía potencial es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo (es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo (

), dependiendo de la configuración que tengan en un sistema de cuerpos que ejercen ), dependiendo de la configuración que tengan en un sistema de cuerpos que ejercen fuerzas entre sí. Puede pensarse como la

fuerzas entre sí. Puede pensarse como la energía almacenadaenergía almacenada en un sistema, o como unaen un sistema, o como una

medida del trabajo que un sistema puede entregar. Más rigurosamente, la energía medida del trabajo que un sistema puede entregar. Más rigurosamente, la energía  potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como en  potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como en

elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.

igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A. La

Laenergía cinéticaenergía cinética de un cuerpo es una energía que surge en el fenómeno delde un cuerpo es una energía que surge en el fenómeno del

movimiento. Esta definida como

movimiento. Esta definida como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de unael trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa dada desde su posición de equilibrio hasta una velocidad dada

masa dada desde su posición de equilibrio hasta una velocidad dada. Una vez. Una vez

conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética sin importar el cambio de la rapidez. Un trabajo negativo de la misma magnitud podría sin importar el cambio de la rapidez. Un trabajo negativo de la misma magnitud podría requerirse para que el cuerpo regrese a

requerirse para que el cuerpo regrese a su estado de equilibrio.su estado de equilibrio. En física, la

En física, la energía internaenergía interna U U de un sistema intenta ser un reflejo de la energía a escalade un sistema intenta ser un reflejo de la energía a escala

microscópica

microscópica. Más . Más concretamenconcretamente, es la te, es la suma de:suma de:

•

• lala energía cinética internaenergía cinética interna, es decir, de las sumas de las energías cinéticas de las, es decir, de las sumas de las energías cinéticas de las

individualidades que lo forman respecto al centro de masas del sistema, y de individualidades que lo forman respecto al centro de masas del sistema, y de

•

• lala energía potencial internaenergía potencial interna, que es la energía potencial asociada a las, que es la energía potencial asociada a las

interacciones entre estas individualidades. interacciones entre estas individualidades.

La energía interna no incluye la energía cinética traslacional o rotacional del sistema La energía interna no incluye la energía cinética traslacional o rotacional del sistema como un todo. Tampoco incluye la energía potencial que el cuerpo pueda tener por su como un todo. Tampoco incluye la energía potencial que el cuerpo pueda tener por su localización en un campo gravitacional o electrostático externo.

localización en un campo gravitacional o electrostático externo.

Si pensamos en constituyentes atómicos o moleculares, será el resultado de la suma de Si pensamos en constituyentes atómicos o moleculares, será el resultado de la suma de la energía cinética de las moléculas o átomos que constituyen el sistema (de sus energías la energía cinética de las moléculas o átomos que constituyen el sistema (de sus energías de traslación, rotación y vibración), y de la energía potencial intermolecular (debida a de traslación, rotación y vibración), y de la energía potencial intermolecular (debida a las fuerzas intermoleculares de tipo gravitatorio, electromagnético o nuclear):

•

• En un gas ideal monoatómico bastará con considerar la energía cinética deEn un gas ideal monoatómico bastará con considerar la energía cinética de

traslación de sus moléculas. traslación de sus moléculas.

•

• En un gas ideal poliatómico, deberemos considerar además la energía vibracionalEn un gas ideal poliatómico, deberemos considerar además la energía vibracional

y rotacional de las mismas. y rotacional de las mismas.

•

• En un líquido o sólido deberemos añadir la energía potencial que representa lasEn un líquido o sólido deberemos añadir la energía potencial que representa las

interacciones moleculares. interacciones moleculares.

Desde el punto de vista de la termodinámica, en un sistema cerrado (o sea, de paredes Desde el punto de vista de la termodinámica, en un sistema cerrado (o sea, de paredes impermeables), la variación total de energía interna es igual a la suma de las cantidades impermeables), la variación total de energía interna es igual a la suma de las cantidades de energía comunicadas al sistema en forma de calor y de trabajo Δ

de energía comunicadas al sistema en forma de calor y de trabajo Δ U U == QQ++W W . Aunque. Aunque

el calor transmitido depende del proceso en cuestión, la variación de energía interna es el calor transmitido depende del proceso en cuestión, la variación de energía interna es independiente del proceso, sólo depende del estado inicial y final, por lo que se dice que independiente del proceso, sólo depende del estado inicial y final, por lo que se dice que es una función de estado. Del mismo modo

es una función de estado. Del mismo modo dU dU es una diferencial exacta, a diferencia dees una diferencial exacta, a diferencia de

, que depende del proceso. , que depende del proceso.

Ley de los gases ideales

Ley de los gases ideales

Diagrama presión-volumen a temperatura constante para un gas ideal. Diagrama presión-volumen a temperatura constante para un gas ideal.

La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). Los gases son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases

reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura.

monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura. Empíricament

Empíricamente, se observan una serie de e, se observan una serie de relaciones entre la temperaturarelaciones entre la temperatura, la presión y , la presión y elel volumen que dan lugar a la

volumen que dan lugar a la ley de los gases ideales, deducida por primera vez por Émileley de los gases ideales, deducida por primera vez por Émile lapeyron en 1834.

lapeyron en 1834.

Entalpía

Entalpía(del prefijo(del prefijo eneny del griegoy del griego thalpeinthalpein calentar), tal palabra fue escrita en 1850calentar), tal palabra fue escrita en 1850

 por el físico alemán Clausius. La entalpía es una magnitud de termodinámica  por el físico alemán Clausius. La entalpía es una magnitud de termodinámica

Simbolizada con la letra H, la variación de entalpía expresa una medida de la cantidad Simbolizada con la letra H, la variación de entalpía expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, o, lo que es lo mismo, la de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, o, lo que es lo mismo, la cantidad de energía que tal sistema puede intercambiar con su entorno.

cantidad de energía que tal sistema puede intercambiar con su entorno.

Usualmente la entalpía se mide, dentro del Sistema Internacional de Unidades, en julios. Usualmente la entalpía se mide, dentro del Sistema Internacional de Unidades, en julios.

Definición ampliada:

Definición ampliada: entalpía es el nombre dado a una función de estado de laentalpía es el nombre dado a una función de estado de la

termodinámica donde la variación permite expresar la cantidad de calor puesto en juego termodinámica donde la variación permite expresar la cantidad de calor puesto en juego durante una transformación isobárica (es decir, a presión constante) en un sistema

termodinámico (teniendo en cuenta que todo objeto conocido puede ser entendido como termodinámico (teniendo en cuenta que todo objeto conocido puede ser entendido como un sistema termodinámico), transformación en el curso de la cual se puede recibir o un sistema termodinámico), transformación en el curso de la cual se puede recibir o aportar energía (por ejemplo la utilizada para un trabajo mecánico). Es en tal sentido aportar energía (por ejemplo la utilizada para un trabajo mecánico). Es en tal sentido que la entalpía es numéricamente igual al calor intercambiado con el ambiente exterior  que la entalpía es numéricamente igual al calor intercambiado con el ambiente exterior  al sistema en cuestión.

al sistema en cuestión. La

La segunda ley de la termodinámicasegunda ley de la termodinámica oo segundo principio de la termodinámicasegundo principio de la termodinámica

expresa, en una forma concisa, que “La cantidad de entropía de cualquier 

expresa, en una forma concisa, que “La cantidad de entropía de cualquier  sistema aislaosistema aislao

termodinámicamente

termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo, hasta alcanzar un valor tiende a incrementarse con el tiempo, hasta alcanzar un valor  máximo”. Más sencillamente, cuando una parte de un sistema cerrado interacciona con máximo”. Más sencillamente, cuando una parte de un sistema cerrado interacciona con otra parte, la

otra parte, la energíaenergía tiende a dividirse por igual, hasta que el sistema alcanza untiende a dividirse por igual, hasta que el sistema alcanza un equilibrio térmico equilibrio térmico..

Tabla de contenidos

Tabla de contenidos

• 1 1 DescrDescripciipción ón genegeneralral

o

o 1.1 Entropía en mecánica estadística1.1 Entropía en mecánica estadística o

o 1.2 Entropía d1.2 Entropía de Ve Von Neumann en mecon Neumann en mecánica cuánticaánica cuántica o

o 1.3 Entropía generalizada en Relatividad general1.3 Entropía generalizada en Relatividad general

•

• 2 2 VéaVéase se tamtambiébiénn

Descripción general

Descripción general

En un sentido general, la segunda ley de la termodinámica afirma que las diferencias En un sentido general, la segunda ley de la termodinámica afirma que las diferencias entre sistemas en contacto tienden a igualarse. Las diferencias de

entre sistemas en contacto tienden a igualarse. Las diferencias de  presión presión,, densidaddensidad yy,,  particularmente, las diferencias de

 particularmente, las diferencias de temperaturatemperaturatienden a ecualizarse. Esto significa quetienden a ecualizarse. Esto significa que un sistema aislado llegará a alcanzar una temperatura uniforme. Una

un sistema aislado llegará a alcanzar una temperatura uniforme. Una máquina térmicamáquina térmica eses aquella que provee de

aquella que provee de trabajotrabajo eficaz gracias la diferencia de temperaturas de doseficaz gracias la diferencia de temperaturas de dos cuerpos. Dado que cualquier máquina

cuerpos. Dado que cualquier máquina termodinámicatermodinámica requiere una diferencia derequiere una diferencia de temperatura, se deriva pues que

temperatura, se deriva pues que ningún trabajo útil puede extraerse de un ningún trabajo útil puede extraerse de un sistemasistema aislado en equilibrio térmico, esto es, requerirá de la alimentación de energía del aislado en equilibrio térmico, esto es, requerirá de la alimentación de energía del exterior. La segunda ley se usa a menudo como la razón por la cual no se puede crear  exterior. La segunda ley se usa a menudo como la razón por la cual no se puede crear  una

una máquina de movimiento perpetuomáquina de movimiento perpetuo..

La segunda ley de la termodinámica ha sido expresada de muchas maneras diferentes. La segunda ley de la termodinámica ha sido expresada de muchas maneras diferentes. Sucintamente, se puede expresar así:

Sucintamente, se puede expresar así:

•

• Es imposible un proceso cuyo único resultado sea la transferencia de energía enEs imposible un proceso cuyo único resultado sea la transferencia de energía en

forma de calor de un

forma de calor de un cuerpo de menor temperatura a otro de cuerpo de menor temperatura a otro de mayor temperatura.mayor temperatura. Enunciado de

Enunciado de ClausiusClausius..

•

• Es imposible todo proceso cíclico cuyo único resultado sea la absorción deEs imposible todo proceso cíclico cuyo único resultado sea la absorción de

energía en forma de calor procedente de un foco térmico (o r

energía en forma de calor procedente de un foco térmico (o reservorio o depósito)eservorio o depósito) y la conversión de toda ésta energía en forma de calor en trabajo. Enunciado de y la conversión de toda ésta energía en forma de calor en trabajo. Enunciado de Kelvin

Gráficamente se puede expresar imaginando una caldera de un

Gráficamente se puede expresar imaginando una caldera de un  barco de vapor  barco de vapor . Ésta no. Ésta no  podría producir trabajo si no fuese porque el vapor se

 podría producir trabajo si no fuese porque el vapor se encuentra a temperaturas yencuentra a temperaturas y  presión elevadas comparados con el medio que

 presión elevadas comparados con el medio que la rodea.la rodea. Matemática

Matemáticamente, se mente, se expresa así:expresa así:

donde

dondeS S es laes la entropíaentropía y el símbolo de igualdad sólo existe cuando la entropía sey el símbolo de igualdad sólo existe cuando la entropía se

encuentra en su valor

encuentra en su valor máximo (en equilibrio).máximo (en equilibrio).

Una malinterpretación común es que la segunda ley indica que la entropía de un sistema Una malinterpretación común es que la segunda ley indica que la entropía de un sistema  jamás decrece. Realmente, indica sólo una tendencia, esto es, sólo indica que es

 jamás decrece. Realmente, indica sólo una tendencia, esto es, sólo indica que es extremadamente improbable que la entropía de un sistema cerrado decrezca en un extremadamente improbable que la entropía de un sistema cerrado decrezca en un instante dado.

instante dado. En

En termodinámicatermodinámica, la, laentropíaentropía (simbolizada como(simbolizada como S  S ) es la) es la magnitud físicamagnitud física que mide laque mide la  parte de la

 parte de la energíaenergía que no puede que no puede utilizarse para producir utilizarse para producir trabajotrabajo. Es una función de. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de

un proceso que se dé de forma natural. La palabra entropía procede delforma natural. La palabra entropía procede del griegogriego

((ἐἐ _{ντροπία) y  ντροπία) y significa evolucisignifica evolución o ón o transformaciótransformación.n.}

Cuando se plantea la pregunta: ¿por qué ocurren los sucesos de la manera que

Cuando se plantea la pregunta: ¿por qué ocurren los sucesos de la manera que ocurren,ocurren, y no al revés? se busca una respuesta que indique cuál es el sentido de los sucesos en la y no al revés? se busca una respuesta que indique cuál es el sentido de los sucesos en la naturaleza. Por ejemplo, si se ponen en contacto dos trozos de metal con distinta

naturaleza. Por ejemplo, si se ponen en contacto dos trozos de metal con distinta

temperatura, se anticipa que eventualmente el trozo caliente se enfriará, y el trozo frío se temperatura, se anticipa que eventualmente el trozo caliente se enfriará, y el trozo frío se calentará, logrando al final una temperatura uniforme. Sin embargo, el proceso inverso, calentará, logrando al final una temperatura uniforme. Sin embargo, el proceso inverso, un trozo calentándose y el otro enfriándose es muy improbable a pesar de conservar la un trozo calentándose y el otro enfriándose es muy improbable a pesar de conservar la energía. El universo tiende a distribuir la energía uniformemente, es decir, maximizar la energía. El universo tiende a distribuir la energía uniformemente, es decir, maximizar la entropía.

entropía.

La función termodinámica entropía, S, es central para

La función termodinámica entropía, S, es central para lala segunda Ley de lasegunda Ley de la

Termodinámica

Termodinámica.. La entropía puede interpretarse como una medida de la distribuciónLa entropía puede interpretarse como una medida de la distribución aleatoria

aleatoriade un sistema. Se dice que un sistema altamente distribuido al azar tiene altade un sistema. Se dice que un sistema altamente distribuido al azar tiene alta entropía. Puesto que un sistema en una condición improbable tendrá una tendencia entropía. Puesto que un sistema en una condición improbable tendrá una tendencia natural a reorganizarse a una

natural a reorganizarse a una condición más probable (similar a una condición más probable (similar a una distribuciódistribución aln al azar), esta reorganización resultará en un aumento de la entropía. La entropía alcanzará azar), esta reorganización resultará en un aumento de la entropía. La entropía alcanzará un máximo cuando el sistema se acerque al equilibrio, alcanzándose la configuración de un máximo cuando el sistema se acerque al equilibrio, alcanzándose la configuración de mayor

mayor probabilidaprobabilidad.d.

La entropía, coloquialmente, puede considerarse como el orden de un sistema, es decir, La entropía, coloquialmente, puede considerarse como el orden de un sistema, es decir, cuán homogéneo está el sistema. Por ejemplo, si tenemos dos gases diferentes en un cuán homogéneo está el sistema. Por ejemplo, si tenemos dos gases diferentes en un recipiente separados por una pared (a

recipiente separados por una pared (a igual presión y temperatura) tendremos un igual presión y temperatura) tendremos un sistemasistema de menor entropía que al retirar la

de menor entropía que al retirar la pared, donde los dos gases se mezclarán de formapared, donde los dos gases se mezclarán de forma uniforme, consiguien

uniforme, consiguiendo dentro del do dentro del recipiente una mayor homogeneidad que antes derecipiente una mayor homogeneidad que antes de retirar la pared y un

retirar la pared y un aumento de la entropía.aumento de la entropía.

La variación de entropía nos muestra la variación del orden molecular ocurrido en una La variación de entropía nos muestra la variación del orden molecular ocurrido en una reacción química

mayor desorden molecular (mayor entropía) que

mayor desorden molecular (mayor entropía) que loslos reactivosreactivos. En cambio, cuando el. En cambio, cuando el incremento es negativo, los productos son más

incremento es negativo, los productos son más ordenados. Hay una relación entre laordenados. Hay una relación entre la entropía y la espontaneidad de una reacción química, que viene dada por la

entropía y la espontaneidad de una reacción química, que viene dada por la energía libreenergía libre

de Gibbs

de Gibbs..

El

El calorcalores una forma dees una forma de energíaenergía asociada al movimiento de losasociada al movimiento de los átomosátomos,, moléculasmoléculas yy

otras partículas que forman la materia. El calor puede ser generado por 

otras partículas que forman la materia. El calor puede ser generado por  reaccionesreacciones

químicas

químicas (como en la (como en la combustión),combustión), nuclearesnucleares(como en la fusión nuclear de los(como en la fusión nuclear de los átomosátomos

de

de hidrógenohidrógeno que tienen lugar en el interior delque tienen lugar en el interior del SolSol), disipación electromagnética (como), disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción). Su concepto está en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción). Su concepto está ligado al

ligado al Principio Cero de la TermodinámicaPrincipio Cero de la Termodinámica, según el cual dos cuerpos en contacto, según el cual dos cuerpos en contacto intercambian energía hasta que su

intercambian energía hasta que su temperaturatemperaturase equilibre.se equilibre. El calor puede ser

El calor puede ser transferido entre objetos por diferentes mecanismos, entre los quetransferido entre objetos por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la

cabe reseñar la radiaciónradiación, la, la conducciónconducción y lay la convecciónconvección,, aunque en la mayoría de losaunque en la mayoría de los  procesos reales todos los mecanismos anteriores se encuentran presentes en mayor  procesos reales todos los mecanismos anteriores se encuentran presentes en mayor oo

menor grado. menor grado. La

Laconducción de calorconducción de calor es un mecanismo dees un mecanismo de transferencia de energía térmicatransferencia de energía térmica entre dosentre dos

sistemas basado en el contacto directo de sus

sistemas basado en el contacto directo de sus  partículas partículas sin flujo neto de materia y quesin flujo neto de materia y que tiende a igualar la

tiende a igualar la temperaturatemperaturadentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos endentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos en contacto por medio de ondas

contacto por medio de ondas

La conducción del calor es muy reducida en el

La conducción del calor es muy reducida en el espacioespacio ultra altoultra alto vacíovacío y es nula en ely es nula en el espacio vacio ideal, espacio sin energía.

espacio vacio ideal, espacio sin energía.

El principal parámetro dependiente del material que regula la conducción de calor en los El principal parámetro dependiente del material que regula la conducción de calor en los materiales es la

materiales es la conductividad térmicaconductividad térmica, una, una propiedad física propiedad física que mide la capacidad deque mide la capacidad de conducción de calor o capacidad de una substancia de transferir el

conducción de calor o capacidad de una substancia de transferir el movimiento cinéticomovimiento cinético

de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto. La inversa de la conductividad térmica es la

está en contacto. La inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmicaresistividad térmica, que, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor. La

La convecciónconvecciónes una de las tres formas dees una de las tres formas de transferencia de calor transferencia de calor y se caracterizay se caracteriza

 porque se produce por intermedio de un

 porque se produce por intermedio de un fluidofluido (aire, agua) que transporta el calor entre(aire, agua) que transporta el calor entre zonas con diferentes

zonas con diferentes temperaturastemperaturas. La. La convecciónconvección se produce únicamente por medio dese produce únicamente por medio de

materiales

materiales fluidosfluidos. Éstos, al calentarse, aumentan de volumen y, por lo tanto,. Éstos, al calentarse, aumentan de volumen y, por lo tanto, disminuyen su

disminuyen su densidaddensidad y ascienden desplazando el fluido que se encuentra en la partey ascienden desplazando el fluido que se encuentra en la parte superior y que está a

superior y que está a menor temperatura. Lo que se llamamenor temperatura. Lo que se llama convecciónconvección en sí, es elen sí, es el

transporte de calor por medio de las corrientes ascendente y descendente del fluido. transporte de calor por medio de las corrientes ascendente y descendente del fluido.

Radiación térmica

Radiación térmica es laes la radiaciónradiación emitida por unemitida por un cuerpocuerpocomo consecuencia de sucomo consecuencia de su

temperatura

temperaturay depende además de una propiedad superficial llamaday depende además de una propiedad superficial llamada emitanciaemitancia.. TodoTodo cuerpo emite radiación hacia su entorno y

cuerpo emite radiación hacia su entorno y absorbe radiación de este cuerpoabsorbe radiación de este cuerpo La

La radiación infrarrojaradiación infrarroja de unde un radiador radiador hogareño común o de un calefactor eléctricohogareño común o de un calefactor eléctrico eses un ejemplo de radiación térmica, al igual que la

incandescente

incandescente. La radiación térmica se produce cuando el calor del movimiento de. La radiación térmica se produce cuando el calor del movimiento de  partículas cargadas

 partículas cargadas dentro de losdentro de los átomosátomos se convierte en radiación electromagnética.se convierte en radiación electromagnética. La materia en

La materia en un estado condensado (sólido o líquido) emite un un estado condensado (sólido o líquido) emite un espectro de radiaciónespectro de radiación continuo. La

continuo. La frecuenciafrecuenciade onda emitida por radiación térmica es unade onda emitida por radiación térmica es una densidad dedensidad de

 probabilidad

 probabilidadque depende solo de la temperatura.que depende solo de la temperatura. Todos los

Todos los cuerpos negroscuerpos negros a una temperatura determinada emiten radiación térmica cona una temperatura determinada emiten radiación térmica con el

el mismomismoespectro,espectro,independientementeindependientemente de los detalles de su composición. Para el casode los detalles de su composición. Para el caso

de un cuerpo negro, la

de un cuerpo negro, la función de densidad de probabilidadfunción de densidad de probabilidad de la frecuencia de ondade la frecuencia de onda emitida está dada por la

emitida está dada por la ley de radiación térmica de ley de radiación térmica de Planck Planck , la, la ley de Wienley de Wien da lada la frecuencia de radiación emitida más probable y la

frecuencia de radiación emitida más probable y la ley de ley de Stefan-BoltzStefan-Boltzmannmann da el totalda el total de energía emitida por unidad de tiempo y superficie emisora. Esta energía depende de de energía emitida por unidad de tiempo y superficie emisora. Esta energía depende de la cuarta potencia de la

la cuarta potencia de la temperatura absolutatemperatura absoluta..

A temperatura ambiente, vemos los cuerpos por la luz que reflejan, dado que por sí A temperatura ambiente, vemos los cuerpos por la luz que reflejan, dado que por sí mismos no emiten luz. Si no se hace incidir luz sobre ellos, si no se los ilumina, no mismos no emiten luz. Si no se hace incidir luz sobre ellos, si no se los ilumina, no  podemos verlos. A temperaturas más altas, vemos los cuerpos porque por la luz que  podemos verlos. A temperaturas más altas, vemos los cuerpos porque por la luz que emiten, pues en este caso son luminosos por sí mismos. Así, es posible determinar la emiten, pues en este caso son luminosos por sí mismos. Así, es posible determinar la temperatura de un cuerpo de acuerdo a su

temperatura de un cuerpo de acuerdo a su color color ,, pues un cuerpo que es capaz de emitir pues un cuerpo que es capaz de emitir  luz se encuentra a

luz se encuentra a altas temperaturas.altas temperaturas.

Fluido

Fluido

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,, búsqueda

búsqueda

Unfluidofluido es unaes una sustanciasustanciaoo medio continuomedio continuo que se deforma continuamente en elque se deforma continuamente en el

tiempo ante la aplicación de una solicitación o

tiempo ante la aplicación de una solicitación o tensión tangencialtensión tangencial sin importar lasin importar la magnitud

magnitud de ésta.de ésta.

También se puede definir un fluido como aquella sustancia que, debido a su poca También se puede definir un fluido como aquella sustancia que, debido a su poca cohesión intermolecular 

cohesión intermolecular , carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene.

contiene.

Características

Características

• La posición relativa de susLa posición relativa de sus moléculasmoléculas puede cambiar continuamente.puede cambiar continuamente. •

• Todos los fluidos son compresibles en cierto grado.Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. •

• TienenTienen viscosidadviscosidad.. •

• Dependiendo de suDependiendo de su viscosidadviscosidad fluyen a mayor o menor velocidadfluyen a mayor o menor velocidad. Mientras más. Mientras más

viscoso fluye con menor 

viscoso fluye con menor  velocidadvelocidad, mientras menos viscoso fluye con mayor , mientras menos viscoso fluye con mayor  velocidad.

velocidad.

•

• SuSu viscosidadviscosidad es independiente de laes independiente de la densidaddensidad..

Clasificación