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Termodinámica. Energía interna y Temperatura. 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.

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Presentation Transcript
termodin mica

Termodinámica

Energía interna y Temperatura

1 conceptos fundamentales
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
1 conceptos fundamentales1
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

1 2 equilibrio t rmico y temperatura ley cero
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.
1 3 escalas de temperatura
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.
ejemplo term metro de mercurio

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

1 5 term metros de gas y temperatura absoluta

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

1 6 tipos de procesos
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.
2 ecuaciones de estado de un gas ideal

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

2 ecuaciones de estado de un gas ideal 2

P2

P1

V

T

2. Ecuaciones de Estado de un gas ideal(2)

Ley de Charles - Gay-Lussac

T/V = cte ( a P = cte)

2 2 ley de los gases ideales
2. 2 Ley de los gases ideales

Número de moles

Constante de los gases

Constante de

Boltzmann

Número

de Avogadro

3 mec nica estad stica
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.
3 1 funci n de distribuci n de boltzmann 1

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
3 1 funci n de distribuci n de boltzmann
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
3 2 principio de equipartici n
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.

4 teor a cin tica de los gases suposiciones
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.

c lculo de la presi n
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

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