Termodinámica.

La Termodinámica es la rama de la física que describe los estados del equilibrio a través de la energía interna y volumen, también de magnitudes de temperatura y presión que son derivados del volumen y la energía interna.

La termodinámica trata acerca de la transformación de energía térmica en energía mecánica y el proceso inverso, la conversión del trabajo en calor, pues casi toda la energía disponibles de la materia prima se libera en forma de calor resulta fácil advertir por que la termodinámica tiene un papel demasiado importante en la ciencia y la tecnología

Energía Interna

La energía interna, se acepta como una manifestación macroscópica de las leyes de conservación de la energía a nivel microscópico, que permite caracterizar el estado energético del sistema macroscópico.

El desarrollo de la termodinámica depende mucho del sistema termodinámico

, el equilibrio, sus alrededores, y la temperatura.

Las moléculas de un cuerpo contienen energía cinética por su movimiento y energía potencial por las fuerzas que ejercen entre si por lo tanto la energía interna de un cuerpo es la suma de la energía cinética y potencial de sus moléculas.

Equilibrio Termodinámico

El equilibrio termodinámico es aquel en el que dos sistemas se encuentran sus temperaturas, sus presiones y sus potenciales químicos con el mismo valor.

Leyes de la Termodinámica

En la termodinámica se encuentran tres leyes, el principio cero y varios enunciados. Todos estos tienen mucha importancia en la termodinámica por que en parte nos ayudan a entender y comprender esta rama de la física.

Principio Cero

El principio cero de la termodinámica propone que hay una temperatura empírica 0, que se encuentra comúnmente en los estados del equilibrio termodinámico que están en equilibrio mutuo. Este principio es muy fundamental para la termodinámica y sus leyes, pero no fue formulado en su totalidad hasta que fueron presentadas las demás leyes, por eso recibe el nombre de principio cero. Una de las afirmaciones del principio cero es: "Si un sistema A que está en equilibrio térmico con un sistema B, está en equilibrio térmico también con un sistema C, entonces los tres sistemas A, B y C están en equilibrio térmico entre sí".

Primera Ley de la Termodinámica

“La energía no se crea, ni se destruye solo se transforma.”

Esta primera ley establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Desde varios puntos de vista esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824 y su ecuación general es la siguiente:

Que nos indica que U es la energía interna del sistema, Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.

El valor de Q es positivo cuando entra calor al sistema y negativo si sale de el. El valor de W es positivo si el sistema realiza trabajo y negativo si se efectúa trabajo de los alrededores sobre el sistema.

1 Joule = 0.239 Cal

1 Cal = 4.2 Joule

Segunda Ley de la Termodinámica

Esta ley establece la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. También impone restricciones para las transferencias de energía que pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.

Tercera Ley de la termodinámica

Esta ley propone y afirma que es posible alcanzar una temperatura de cero absolutos por medio de procesos físicos. Esta ley fue propuesta por Walther Nernst.

Termometría

La termometría es la rama encargada de medir la temperatura de los cuerpos y sistemas mediante el termómetro que esta realizado y basado por medio del principio Cero.

Escalas de Temperatura

Para entender las escalas de la temperatura se puede obtener como ejemplo el termómetro, un instrumento para medir la temperatura, que es realizado a través de procesos en los cuales la temperatura permanece constante.

El punto de ebullición es un punto importante para lograr estos procesos de escalas de temperatura. Las escalas de temperatura mas importantes son la de Fahrenheit, Celsius y la de Kelvin.

Sistema y Ambiente

Se puede definir un sistema como un conjunto de materia, que está limitado por una superficie, que le pone el observador, real o imaginaria. Si en el sistema no entra ni sale materia, se dice que se trata de un sistema cerrado, o sistema aislado si no hay intercambio de materia y energía, dependiendo del caso. En la naturaleza, encontrar un sistema estrictamente aislado es, por lo que sabemos, imposible, pero podemos hacer aproximaciones. Un sistema del que sale o entra materia, recibe el nombre de abierto.

Variables Térmicas

Las variables que tienen relación con el estado interno de un sistema, se llaman variables termodinámicas o coordenadas termodinámicas, y entre ellas las más importantes en el estudio de la termodinámica son: masa, densidad, volumen, presión y temperatura.

Contacto térmico

Se dice que dos sistemas están en contacto térmico cuando puede haber transferencia de calor de un sistema a otro.

Maquina de Vapor

Una máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma la energía térmica de una cantidad de agua en energía mecánica. En esencia, el ciclo de trabajo se realiza en dos etapas:

1 Se genera vapor de agua en una caldera cerrada por calentamiento, lo cual produce la expansión del volumen de un cilindro empujando un pistón. Mediante un mecanismo de biela - manivela, el movimiento lineal alternativo del pistón del cilindro se transforma en un movimiento de rotación que acciona, por ejemplo, las ruedas de una locomotora o el rotor de un generador eléctrico. Una vez alcanzado el final de carrera el émbolo retorna a su posición inicial y expulsa el vapor de agua utilizando la energía cinética de un volante de inercia.

2 El vapor a presión se controla mediante una serie de válvulas de entrada y salida que regulan la renovación de la carga; es decir, los flujos del vapor hacia y desde el cilindro.

Procesos termodinámicos

Se dice que un sistema pasa por un proceso termodinámico, o transformación termodinámica, cuando al menos una de las coordenadas termodinámicas no cambia. Los procesos más importantes son:

*Procesos isotérmicos: son procesos en los que la temperatura no cambia.

*Procesos isobáricos: son procesos en los cuales la presión no varía.

*Procesos isócoros: son procesos en los que el volumen permanece constante.

*Procesos adiabáticos: son procesos en los que no hay transferencia de calor alguna.

*Procesos diatérmicos: son procesos que dejan pasar el calor fácilmente.

Rendimiento termodinámico o eficiencia

Un concepto importante en la ingeniería térmica es el de rendimiento. El rendimiento de una máquina térmica se define como:

Donde, dependiendo del tipo de máquina térmica, estas energías serán el calor o el trabajo que se transfieran en determinados subsistemas de la máquina.

Dilatación térmica

La dilatación térmica corresponde al efecto en el cual, las sustancias se "agrandan" al aumentar la temperatura. En objetos sólidos, la dilatación térmica produce un cambio en las dimensiones lineales de un cuerpo, mientras que en el caso de

líquidos y gases, que no tienen forma permanente, la dilatación térmica se manifiesta en un cambio en su volumen.

Dilatación lineal

Consideremos primero la dilatación térmica de un objeto sólido, cuyas dimensiones lineales se pueden representar por l0, y que se dilata en una cantidad ΔL. Experimentalmente se ha encontrado que para casi todas las sustancias y dentro de los límites de variación normales de la temperatura, la

dilatación lineal ΔL es directamente proporcional al tamaño inicial l0 y al cambio en la temperatura Δt, es decir:

Donde se llama coeficiente de dilatación lineal, cuya unidad es el recíproco del grado, es decir [°C]-1.

Dilatación superficial

Es el mismo concepto que el de dilatación lineal salvo que se aplica a cuerpos a los que es aceptable y preferible considerarlos como regiones planas; por ejemplo, una plancha metálica. Al serle transmitida cierta cantidad de calor la superficie del objeto sufrirá un incremento de área: ΔA.

Donde γ se llama coeficiente de dilatación superficial.

Dilatación volumétrica

La dilatación volumétrica de un líquido o un gas se observa como un cambio de volumen ΔV en una cantidad de sustancia de volumen V0, relacionado con un cambio de temperatura Δt. En este caso, la variación de volumen ΔV es directamente proporcional al volumen inicial V0 y al cambio de temperatura Δt, para la mayor parte de las sustancias y dentro d

e los límites de variación normalmente accesibles de la temperatura, es decir:

Donde β se llama coeficiente de dilatación volumétrica, medida en la misma unidad que el coeficiente de dilatación lineal 2 alfa.

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD “FERMIN TORO”

CABUDARE EDO. LARA

DECANATO DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA EN MANTENIMENTO MECANICO

ENSAYO

INTRODUCCION A LA TERMODINAMICA

ALUMNO: Jose Jesus Chavez

C. I: 20.942.665