Principios de Termodinámica: Calor, Trabajo y Leyes de la Energía

Conceptos Fundamentales de la Termodinámica

Calor y Trabajo

Calor: Es la energía que fluye de un cuerpo a otro a causa de la diferencia de temperatura.

Trabajo: Supone la transferencia de energía. En mecánica, definimos el trabajo como una cantidad escalar, igual en magnitud al producto de una fuerza por un desplazamiento.

Propiedades Térmicas de la Materia

• Capacidad calorífica: Se define como la razón que existe entre la cantidad de calor que recibe un cuerpo y su incremento de temperatura.
• Calor específico: Es la razón que existe entre la capacidad calorífica de una sustancia y su masa.
• C_v (Capacidad calorífica a volumen constante): Es la cantidad de calor que es necesario suministrar a un mol de gas ideal para elevar su temperatura un grado mediante una transformación isocórica.
• C_p (Capacidad calorífica a presión constante): Representa lo mismo que el C_v, pero aplicado a una transformación isobárica.

Formas de Energía

Energía química: Es una forma de energía que se almacena dentro de las unidades estructurales de las sustancias.

Energía potencial: Es la energía disponible en función de la posición de un objeto.

Energía térmica: Es la energía asociada al movimiento aleatorio de los átomos y las moléculas.

Energía interna: Es la energía total contenida dentro de un sistema debido al movimiento y a las interacciones de sus moléculas.

¿Qué es energía?: Es la capacidad de un sistema para realizar trabajo o transferir calor.

Funciones de Estado: Entalpía y Entropía

Entalpía (H): Flujo de calor en los procesos químicos efectuados a presión constante cuando el único trabajo es de presión-volumen.

Entropía (S): Es la medida directa de la aleatoriedad o del desorden de un sistema.

Leyes de la Termodinámica

Ley Cero de la Termodinámica

Es un principio de generalización del equilibrio térmico entre cuerpos, o sistemas termodinámicos en contacto, en el que interviene como parámetro físico empírico la temperatura.

Primera Ley de la Termodinámica

En cualquier proceso termodinámico, el calor neto absorbido por un sistema es igual a la suma del trabajo neto que este realiza y el cambio de su energía interna. La expresión matemática es: ΔQ = ΔU + ΔW.

Casos Particulares de la Primera Ley

De acuerdo a esta ley de la termodinámica, cuando en un sistema una de las variables no se somete a un cambio, se presentan los siguientes casos:

• Proceso isotérmico: Proceso en el cual la temperatura no presenta cambios.
• Proceso isobárico: La presión (P) no presenta cambios.
• Proceso isocórico: El volumen (V) no presenta cambios.
• Proceso adiabático: Proceso en el cual no hay intercambio de calor.

Segunda Ley de la Termodinámica

La entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo y se mantiene constante en un proceso que se encuentra en equilibrio.

Ley de Conservación de la Energía

La energía del universo es constante. No se crea ni se destruye, solo se transforma o transfiere.

Estudio de los Gases

Gas ideal: Es una de las generalizaciones más útiles respecto a los gases, considerándose que su comportamiento no se ve afectado en lo absoluto por fuerzas de cohesión o volúmenes moleculares.

Gas real: Es un gas que está sometido a fuerzas intermoleculares.