Leyes de la termodinámica y Maquinas térmicas

Leyes de la termodinámica y Maquinas térmicas

Primera ley

   Se puede decir que es el estudio de las relaciones en las que intervienen calor,  trabajo mecánico y otros aspectos de la energía y su transferencia.

   La primera ley de la termodinámica amplia el principio de la conservación de la energía. Por medio de esta ley podremos expresar relaciones de energía con precisión.

Energía interna y primera ley de la termodinámica

   La energía interna podemos decir que es la sumatoria de energía cinética de todas las partículas constituyentes de un sistema más la suma de todas las energías potenciales:

• U=energía interna
• ΔU=cambio de energía interna

   Para formar la ecuación de la primera ley de la termodinámica tenemos que tener en cuenta lo siguiente:

• Si se agrega cierto calor al sistema Q y este no realiza trabajo, en el proceso la energía interna aumentara en una cantidad de Q entonces ΔU=Q
• Si el sistema efectúa un trabajo W expandiéndose contra su entorno entonces la energía interna será negativa: W=-ΔU
• Si hay tanto transferencia de calor como de trabajo un cambio total de la energía interna será dado por: ΔU=Q-W.

Tipos de procesos termodinámicos

• Procesos adiabático: Proceso donde no entra ni sale calor Q=0
• Proceso isocorico: se efectúa a volumen constante por lo tanto no hay trabajo ΔU=Q
• Proceso isobárico: se efectúa a presión constante, cuando tenemos este caso; ΔU=Q= W ≠ 0 se puede hallar W por la ecuación de los gases ideales.

• Proceso isotérmico: Se efectúa a temperaturas constantes por ende se necesita que el intercambio con el entorno se haga de forma lenta.

Ley cero de la termodinámica

   La ley cero de la termodinámica se basa en procesos experimentales: observación y comprobación experimental, esta fue enunciada por Maxwell, pero llevada como ley por Fowler.

  Esta ley está centrada en el equilibrio térmico. Para simplificar tomamos como ejemplo 3 sistemas los cuales estarán a diferentes temperaturas (X, Y, Z) si el sistema X como el sistemas Y están en contacto con el sistema Z, pero X y Y no están entre si suponemos que X y Y estarán en equilibrio térmico con Z y por ende estas X y Y tendrán una igual temperatura, entonces los 3 sistemas tendrán igualdad de temperatura.

   En conclusión podemos decir que dos sistemas en equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio térmico entre sí.

   Ya dicho anteriormente solo se cumple para sistemas que se encuentran en equilibrio térmico.

   Se fundamenta en una propiedad llamada temperatura empírica

Segunda ley de la termodinámica  

   La segunda ley de la termodinámica se encarga de definir que procesos pueden ocurrir naturalmente, ya que existen ciertos procesos irreversibles, es decir, procesos que naturalmente solo se producen en una dirección, estos procesos jamás se invierten y si lo hicieran violarían la segunda ley de la termodinámica.

   Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía tal que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno).

   De una manera arbitraria, se puede definir la entropía como una propiedad termodinámica abstracta que representa algunas características relacionadas con la organización de las moléculas en un sistema.

Tercera ley de la termodinámica

   Es una ley fundamental ya que nos permite definir escalas absolutas de temperatura. Básicamente nos dice que es imposible alcanzar la temperatura de 0 K, es un número finito de procesos, lo que en la práctica significa que es imposible alcanzar dicha temperatura.

   Eso quiere decir que todos los objetos tienen una temperatura superior a 0 K, por lo que todos los objetos, tienen algo de calor, aunque sea muy poco.

   Al llegar a cero absoluto, 0 K, cualquier proceso de un sistema físico se detiene.

   Al llegar a cero absoluto la entropía alcanza un valor mínimo y constante

Maquinas térmicas

Historia

   Las primeras máquinas de vapor o máquinas térmicas fueron desarrolladas por primera vez en la época de los romanos. Los romanos construyeron el primer dispositivo que utilizaba el vapor para funcionar. Esta máquina de vapor consistía en un globo hueco soportado por un pivote de manera que pudiera girar alrededor de un par de muñones, uno de ellos hueco. Por dicho muñón se podía inyectar vapor de agua, el cual  escapaba del  globo hacia el exterior por dos tubos doblados y orientados tangencialmente en direcciones opuestas y  colocados en los extremos del diámetro perpendicular al eje del globo. Al ser expelido el vapor, el globo reaccionaba a esta fuerza y giraba alrededor de su eje.

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