Termodinámica Esencial: Fórmulas, Leyes y Conceptos Fundamentales

Fórmulas Fundamentales de Termodinámica

Densidad: ρ = m / V
Moles: n = m / MM
Ecuación de Estado de los Gases Ideales: PV = nRT

Cálculo del Trabajo (W)

• Trabajo Isobárico: W = -P(ΔV) / ΔT
• Trabajo Isotérmico (Volumen): W = -nRT * ln(V2 / V1) / ΔV
• Trabajo Isotérmico (Presión): W = -nRT * ln(P1 / P2) / ΔP

Calor y Energía

Calor (Q): Q = n Cp ΔT

Leyes y Relaciones Energéticas

• Primera Ley de la Termodinámica: ΔU = Q + W
• Definición de Entalpía: ΔH = U + PV

Capacidades Caloríficas (Átomos Monoatómicos)

Capacidad a Volumen Constante (Cv): 3/2
Capacidad a Presión Constante (Cp): 5/2
Relación de Mayer: Cp - Cv = R

Condiciones de Procesos Específicos

• Presión Constante (P cte): Q = ΔH
• Volumen Constante (V cte): W = 0
• Temperatura Constante (T cte): ΔU = 0

Valores de la Constante Universal de los Gases (R)

• R = 82.06 (cm³ * atm / mol * K)
• R = 8.314 (J / mol * K)
• R = 1.987 (Cal / mol * K)

Clasificación de Sistemas Termodinámicos

• Sistema Abierto: Transfiere materia y energía entre el sistema y los alrededores.
• Sistema Cerrado: No es posible la transferencia de materia, pero sí de energía.
• Sistema Aislado: No existe interacción ni transferencia con los alrededores.

Tipos de Paredes

• Pared Rígida: No es móvil (volumen constante).
• Pared No Rígida: Es móvil (permite cambios de volumen).
• Pared Permeable: Permite el paso de materia.
• Pared Impermeable: No permite el paso de materia.
• Pared Adiabática: No conduce calor (aislante térmico).
• Pared No Adiabática (Diatérmica): Conduce calor.

Estado de Equilibrio

Un sistema está en equilibrio cuando sus propiedades permanecen constantes en el tiempo. Se divide en:

• Equilibrio Mecánico: Las fuerzas del sistema deben estar equilibradas.
• Equilibrio Material: No debe haber transferencia neta de materia ni reacciones químicas globales.
• Equilibrio Térmico: No debe existir variación de temperatura entre el sistema y los alrededores.

Procesos Termodinámicos

• Proceso Isobárico: Presión constante.
• Proceso Isocórico: Volumen constante.
• Proceso Isotérmico: Temperatura constante.

Función de Estado

El valor de una función de estado sólo depende del estado termodinámico actual en que se encuentre el sistema, sin importar cómo llegó a él. Solo importa el resultado, no su camino.

Conceptos de Energía

Calor

Es la transferencia de energía que se da entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas.

Trabajo

Se manifiesta cuando se altera el estado de movimiento de un cuerpo. El trabajo de la fuerza sobre ese cuerpo será equivalente a la energía necesaria para desplazarlo.

Entalpía

Es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H mayúscula, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico; es decir, la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno.