Termodinámica y Termometría

Centro de Estudios Tecnológicos industriales y de servicios No. 56 “Ricardo Flores Magon”

Fisica 2

Trabajo de investigación para el tercer parcial

Velazquez Ortiz

              Cristopher Omar

Prof.: Oscar arango Arellano

2023-2

Termodinámica

¿Qué es?[pic 1]

Cuando hablamos de termodinámica nos referimos a la rama de la física que estudia las acciones mecánicas del calor y de otras formas semejantes de energía. Su estudio aborda los objetos como sistemas macroscópicos reales, mediante el método científico y razonamientos deductivos, prestando atención a variables extensivas y no extensivas.

El estado de un sistema macroscópico en equilibrio se especifica mediante cantidades llamadas variables termodinámicas que definen el sistema y su equilibrio.

Existe una rama de la termodinámica que no estudia el equilibrio, sino que se encargan de analizar los procesos que se caracterizan por no tener la capacidad de lograr condiciones de equilibrio de forma estable.

Cabe destacar que no ofrece una interpretación de las magnitudes que estudia, y sus objetos de estudio son sistemas cuyas características son determinadas por elementos internos y no tanto por fuerzas externas que actúan sobre ellos. Por por ello se considera que la energía sólo puede intercambiarse de un sistema a otro en forma de calor o trabajo.

Otto Von Guericke[pic 2]

Fue un físico, matemático, ingeniero y jurista alemán, destacado por sus estudios del vacío, de los que concluyó que el este admite la propagación de la luz pero no de sonido, y que determinados procesos, no podían tener lugar en condiciones de ausencia de aire. Los estudios de Otto von Guericke ejercieron una gran influencia sobre la investigación científica de su tiempo y promovieron el posterior conocimiento de las leyes que rigen la técnica del vacío.

Gracias al diseño y construcción de la primera bomba de vacío con la que refutar a Aristóteles, quien decía que “la naturaleza aborrece el vacío”. Los científicos Robert Boyle y Robert Hooke perfeccionaron sus sistemas y observaron la correlación entre presión, temperatura y volumen creando así los principios de la termodinámica.

Principios de la termodinámica

Hay 4 principios de la termodinámica, también conocidos como leyes de la termodinámica, estas ayudan a comprender todas las leyes de la física en nuestro universo. Estas leyes son permanentes en todas las investigaciones realizadas en laboratorio. Son esenciales para comprender cómo funciona nuestro universo. [pic 3]

Primer principio: Este indica que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. También se le conoce como la ley de conservación de la energía. Aunque la energía se puede convertir en otros tipos de energía de una forma u otra, la suma de todas estas energías es siempre la misma.

Segundo principio: Todos los sistemas eventualmente pierden el equilibrio. Este principio también se conoce como ley de la entropía y se puede resumir como: la cantidad de entropía que  aumenta en el universo con el paso del tiempo. En otras palabras, el segundo principio de la termodinámica nos dice que una vez que el sistema alcanza un punto de equilibrio, aumentará el grado de desorden en el sistema.

Tercer principio: Cuando se alcanza el cero absoluto, el proceso del sistema físico se detiene. El cero absoluto es la temperatura más baja que podemos alcanzar. En este caso, medimos la temperatura en grados Kelvin. De esta forma, se puede decir que la temperatura y el enfriamiento provoca que la entropía del sistema sea cero. Cuando llega al cero absoluto, el proceso del sistema físico se detiene. Por tanto, la entropía tendrá un valor mínimo pero constante.

Ley cero: Es la última asumida y dice que si A = C y B = C, entonces A = B. Esto establece las reglas básicas de las otras tres leyes de la termodinámica. Es un nombre que asume la ley del equilibrio térmico. En otras palabras, si el sistema y otros sistemas están en equilibrio térmico de forma independiente, deben estar en equilibrio térmico. Esta ley permite el establecimiento de principios de temperatura. Este principio se utiliza para comparar la energía térmica de dos objetos diferentes en un estado de equilibrio térmico. Si estos dos objetos están en equilibrio térmico, estarán innecesariamente a la misma temperatura.

Sistemas termodinámicos

Un sistema termodinámico es una parte del universo físico con un límite específico para la observación. Este límite puede estar definido por paredes reales o imaginarias. Todo lo que forma parte del exterior de estas paredes se conoce como entorno. [pic 4]

Estos sistemas pueden experimentar transformaciones internas e intercambiar energía y/o materia con el entorno externo.

Se definen como una cantidad de materia o una región en el espacio sobre el cual la atención se concentra en el análisis de un problema.

Tipos de sistemas termodinámicos

Sistemas abiertos: Un sistema está abierto si permite el intercambio de energía (calor, trabajo, etc) o materia.

Un ejemplo de un sistema abierto es una piscina llena de agua. En la que el agua puede entrar o salir de la misma  y pueda calentarse mediante un sistema de calefacción y refrigeración por viento.

Sistema cerrado: En termodinámica, un sistema cerrado permite un flujo de energía con el entorno exterior, a través de su frontera, (por medio de calor y / o trabajo y / u otra forma de energía), pero no de masa.

Un ejemplo es un cilindro mantenido cerrado por una válvula, que puede calentar o enfriar, pero no pierde masa

Sistema aislado: Un sistema aislado no permite el intercambio de materia con el entorno exterior. Un ejemplo es el universo. La mayoría de los astrónomos también consideran el universo como un sistema aislado. No permite la entrada ni la salida de materia ni de energía.

Cada uno de estos sistemas todavía se puede esquematizar debido a su complejidad interna existe la posibilidad de subdividirse en subsistemas más pequeños. De esta forma obtendremos sistemas abiertos, adiabáticos abiertos, cerrados, adiabáticos y aislados por ejemplo:

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