Termodinámica

1. Termodinámica Energía interna y Temperatura

2. 1.Conceptos fundamentales • Termodinámica: Ciencia macroscópica • Sistema Termodinámico: porción del universo dentro de una superficie cerrada ( borde) que lo separa del entorno • Aislado: no hay intercambio de energía. • Adiabático: no hay intercambio de calor. • Cerrado: no hay intercambio de materia. • Estado de un sistema: Se especifica por los valores de ciertas magnitudes medibles experimentalmente (P, V, T..)Funciones de estado

3. 1.Conceptos fundamentales Universo Sistema • Presión Hidrostática == Fuerza ( en dirección normal a la superficie) por unidad de área. P =[ N m-2] unidades del S.I. 1bar = 0.1 N m-2 1atm= 1.01325 N m-2 ==760 mmHg Borde

4. 1.2.Equilibrio térmico y temperatura. Ley cero • Cuando dos sistemas no aislados se ponen en contacto térmico el estado evoluciona hacia un equilibrio térmico • Dos cuerpos que están en equilibrio térmico no modifican su temperatura al ponerlos en contacto  están a la misma temperatura. • Ley cero: cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero también lo están entre sí se puede definir una escala de temperaturas.

5. 1.3.Escalas de temperatura • Termómetro: material que posea una propiedad termométrica: • Cambie con la temperatura. • Se puede medir fácilmente. • Escala Celsius • 0º Cpunto congelación agua a 1 atm. • 100º Cpunto ebullición agua a 1 atm. • Escala Farenheit • 32º Fpunto congelación agua a 1 atm. • 212º Fpunto ebullición agua a 1 atm.

6. L100 L L0 Ejemplo: termómetro de mercurio • Propiedad termométrica: altura de una columna de mercurio Se calibra introduciéndolo en un baño de agua y hielo (L100) y en agua en ebullición (L0) Temperatura medida cuando se llega a una altura L  Puede haber diferencias de calibración a altas y bajas temperaturas

7. P T 1.5. Termómetros de gas y temperatura absoluta • Gas de baja densidad a volumen constante La presión es una propiedad termomética. • Escala de temperaturas absoluta o de Kelvin -273.15º C 0º K

8. 1.6. Tipos de procesos • Isóbaro P = cte • Isócoro V = cte • Isotermo T = cte • Adiabático Q=cte • Cuasiestático: sucesión de estados de equilibrio. • Reversible: es posible la dirección contraria.

9. P T2 T1 V 2. Ecuaciones de Estado de un gas ideal • P, V, T y n no son independientes. • Ecuación de estado f( P, V, T, n)=0 PV = cte ( a T = cte) Ley de Boyle

10. P2 P1 V T 2. Ecuaciones de Estado de un gas ideal(2) Ley de Charles - Gay-Lussac T/V = cte ( a P = cte)

11. 2. 2 Ley de los gases ideales Número de moles Constante de los gases Constante de Boltzmann Número de Avogadro

12. 3.Mecánica estadística • Cada sistema macroscópico tiene un gran número de partículas necesidad de la estadística para estudiarlo. • Las observaciones macroscópicas (P, V, T) corresponden a promedios estadísticos de las coordenadas microscópicas (x, v). • Cada estado macroscópico es compatible con un gran número de estados microscópicos.

13. f(v) velocidad más probable velocidad media velocidad cuadrática media v 3.1. Función de distribución de Boltzmann (1) • Distribución de • velocidades de un gas • Depende de la • temperatura

14. 3.1. función de distribución de Boltzmann • Número de partículas con velocidades entre v y v+dv • Velocidad más probable • Velocidad media • Velocidad cuadrática media

15. 3.2. Principio de equipartición • Energía cinética promedio para N partículas • La temperatura absoluta es una medida de la energía cinética de traslación (3 grados de libertad) media de las moléculas • Principio de equipartición En un sistema en equilibrio existe una energía media de kT/2 por molécula o RT/2 por mol asociado a cada grado de libertad.

16. 4. Teoría cinética de los gases(suposiciones) • Cualquier volumen macroscópico de gas contiene un gran número de moléculas. • Las moléculas están separadas distancias grandes comparadas con su dimensión y están en movimiento continuo. • Las moléculas no ejercen fuerzas unas sobre otras ( entre colisiones se mueven en línea recta) • Colisiones elásticas. • Distribución de Boltzmann de velocidades. • No hay posición ni dirección preferida.

17. Cálculo de la presión Se debe a la colisión de las moléculas con las paredes Número de partículas que llegan en tiempo Dt a la pared. Cambio de momento en un choque vx A vxDt Volumen Densidad de partículas Presión Sólo la mitad van hacia  Una única molécula

18. Ecuación de los gases ideales • Se debe considerar una velocidad promedio • La dirección x no es una dirección especial