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UNAD Termodinmica Un idad 1TER_U1_A2E2_D

AL 10501750 TA-TER-1301-006 Sergio Ar turo CanchPacab.

SISTEMAS TERMODINAMICOS

INTRODUCCIN

El estudio de la termodinmica es importante ya que su campo de accin es la energa,

esta es esencial para el desarrollo de la vida, su aplicacin es tan comn que a veces esimperceptible, lo cierto es que todos los cuerposposeen energa interna, esta es la energacintica debido a laspartculas que lo componen, dependiendo del estado del cuerpo, sus

partculas se encontrarn muy juntas como en los slidos o libres como en los gases, tambin

conocida como energa trmica ya que est directamente relacionada con la temperatura de loscuerpos,la termodinmica la encontramos en mltiplesaplicaciones por

ejemplo:Electrodomsticos, herramientas, automviles, etc.

Es necesario para el estudio de los sistemas termodinmicos, conocer su estructura,los

elementos que componen un sistema y su comportamiento.

DEFINICIONES

Termodinmica.La definicin etimolgica de termodinmica proviene de las palabras griegas therme (calor)

y dynamis (fuerza) lo cual nos describe la forma en que podemos convertir el calor en energa.

La termodinmica es el estudio de las transformaciones e intercambio de la energa, esteconcepto parte del conocimiento que la energa se relaciona con la capacidad de producir

trabajo. Todas las formas de energa tienden en ltima instancia a pasar calor, pero esta se

conserva, este es el principio de conservacin de la energa.

Calor.El calor es energa en trnsito debido a una diferencia de temperatura entre dos cuerpos, ste

siempre fluye del sistema con ms alta temperatura hacia el sistema con ms baja temperatura,es decir traspasa los lmites de un sistema termodinmico en un estado de alta densidad de

energa cintica y que se transfiere a otro sistema en un estado de baja densidad de energa

cintica.

Calor sensible.Se entiende como calor sensible a la energa transferida en un sistema que produce el

incremento en la temperatura, Una vez que un sistema absorbe la energa transferida en formade calor, esta ltima deja de ser calor y se transforma en energa interna del sistema, es decir,

deja de ser calor porque ya no est en trnsito entre dos sistemas con diferentes temperaturas.

Calor latente.El calor latente es la energa transferida en un sistema que no produce un cambio en la

temperatura pero como efecto de ste la temperatura se mantiene estable, es decir sinvariaciones.

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Calor latente de fusin.Entendemos por calor latente de fusin a la energa transferida a un sistema que provoca el

cambio de estado de la materia interna del sistema de slido a lquido, por ejemplo el agua

cambia de estado fsico de slido a lquido, sin embargo aunque se transfiera energa latemperatura se mantendr estable hasta que el hielo se disuelva.

Calor latente de evaporacin.Este calor es la energa transferida al sistema que provoca el cambio de estado fsico de la

materia interna del sistema de un estado lquido a un estado gaseoso.

Cambio de fase.El cambio de fase de la materia se refiere al cambio del estado fsico de sta por el efecto del

incremento en su temperatura al aplicarle calor.

Temperatura de fusin.Es la temperatura en que los cuerpos cambian de estado slido a estado lquido.

Temperatura de evaporacin.Es la temperatura en que los cuerpos cambian de estado lquido a estado gaseoso, esta

temperatura as como la temperatura de fusin dependen directamente de la materia de que se

trate.

Equilibrio trmico.Este trmino indica que las molculas de un cuerpo se encuentran a la misma temperatura.

Fig.1Equilibrio Trmico de una superficie.

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Fig.2Esquema delos cambios de estado de la materia y su respectivo proceso fsico.

Sistemas.Es una cantidad de materia o reginen el espacio que se consideran de inters para un

estudio o constituyen nuestro inters.

Se compone de las siguientes partes:

a) Alrededores:

Lo constituyen la masa o regin fuera del sistema de estudio.

b) Frontera:

Se le considera as a la superficie real o imaginaria que comparten y separan al sistema

de estudio y sus alrededores, sta frontera puede ser fija o mvil, no contiene masa ni

ocupa volumen en el espacio por lo que matemticamente se le considera con espesor

cero.

SublimacinRegresiva

SublimacinProgresiva

Solidificacin

Gaseoso

Fusin

Licuefaccin

Vaporizacin

Li uido

Hielo

(Solido)

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Fig. 3Elementos de un sistema termodinmico.

Universo.

Es generalmente conocido como todo lo que existe fsicamente, es decir la totalidad del

espacio, tiempo, energa, impulso y todas las formas de la materia.

Sistema termodinmico.

Un sistema termodinmico (tambin denominado sustancia de trabajo) se define como la

parte del universo objeto de estudio. Un sistema termodinmico puede ser una clula, unapersona, el vapor de una mquina de vapor, la mezcla de gasolina y aire en un motor trmico,

la atmsfera terrestre, etc.

El sistema termodinmico puede estar separado del resto del universo (denominado

alrededores del sistema) por paredes reales o imaginarias. En este ltimo caso, el sistemaobjeto de estudio sera, por ejemplo, una parte de un sistema ms grande. Las paredes que

separan un sistema de sus alrededores pueden ser aislantes (llamadas paredes adiabticas) o

permitir el flujo de calor (diatrmicas).

Entre los sistemas termodinmicos, se encuentran los aislados, cerrados y abiertos.

Sistema Cerrado.

Se le conoce tambin como masa de control, ya que consiste en una cantidad fija de masa

que no puede cruzar su frontera, es decir, ninguna masa puede entrar o salir de un sistemacerrado, sin embargo, la energa en forma de calor puede cruzar la frontera, el volumen de un

sistema no tiene que ser fijo.

SITEMA TERMODINAMICO

ALREDEDORES

FRONTERA

UNIVERSO

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Fig. 4 En esta figura podemos observar un sistema cerrado, como se puede apreciar sufrontera es mvil, no hay paso de masa a travs de su frontera, sin embargo la energa entra

al sistema aumentando la temperatura de la masa, esta se expande debido a que sus

molculas se encuentran ms dispersas aumentando su volumen.

Aislado: no hay transferencia de masa o energa con el entorno. El sistema aislado consisteen formar una frontera que pueda evitar la transferencia de energa de un lado a otro, estsistema se toma como un sistema ideal, sin embargo, es imposible lograr que un sistema

conserve la temperatura de manera infinita, estos sistemas slo permiten conservarlo por un

tiempo.

Fig. 5 En un termo podemos conservar productos fros o calientes por un mayor tiempo

posible, esto se logra gracias a sus paredes de material aislante comnmente de poliuretano

y una cmara de vaco que tambin asla una pared interna con otra.

A

B

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Sistema Abierto.

Tambin llamado volumen de control, es una regin seleccionada en el espacio,comnmente encierra a un dispositivo que comprende un flujo de masa, sta recorre el

sistema absorbiendo la energa a travs del dispositivo, tanto las masas como la energapueden cruzar la frontera de un volumen de control, a sta se le llama superficie de control.

Fig.6 Aqu representamos un sistema de calentamiento solar donde la radiacin es la energa queentra al sistema, el volumen de control lo representa el panel intercambiador y la masa es el flujo deagua que entra fra y sale caliente con el efecto de la trasferencia de calor.

La mayora de los sistemas en la vida real son abiertos, mientras que en el laboratorio la

mayora de los sistemas termodinmicos son cerrados.

Se delimitan los sistemas por el tipo de paredes, contorno o borde real o ideal que separa alsistema del ambiente. Se supone que el lmite puede ser una superficie matemtica, a la que se

le atribuye propiedades como rigidez, impermeabilidad, etc. Los lmites reales, tan solo se

aproximan a los lmites ideales de termodinmica.

Fig. 8 Representacin de los distintos tipos de sistemas termodinmicos.

Radiacin solarEnerga que entra al

sistemaVolumen

decontrol

Entrada

Salida

Masa

ABIERTOCERRADO AISLADO

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Equilibrio termodinmicoCuando tenemos un sistema aislado y se le deja evolucionar un tiempo suficiente, se observa

que las variables termodinmicas que describen su estado no varan. La temperatura en todos

los puntos del sistema es la misma, as como la presin, en esta situacin se dice que elsistema est en equilibrio termodinmico.

Cuando un sistema no est aislado, el equilibrio termodinmico se define en relacin con losalrededores del sistema. Para que un sistema est en equilibrio, los valores de las variablesque describen su estado deben tomar el mismo valor para el sistema y para sus alrededores.

Cuando un sistema cerrado est en equilibrio, debe estar simultneamente en equilibrio

trmico y mecnico, no se debe confundir stos siendo:

a)Equilibrio trmico: la temperatura del sistema es la misma que la de los alrededores.b)Equilibrio mecnico: la presin del sistema es la misma que la de los alrededores.

Variables Termodinmicas

Las variables termodinmicas o variables de estado son las magnitudes que se empleanpara describir el estado de un sistema termodinmico. Dependiendo de la naturaleza del

sistema termodinmico objeto de estudio, pueden elegirse distintos conjuntos de variables

termodinmicas para describirlo. En el caso de un gas, estas variables son:

Masa(m n): es la cantidad de sustancia que tiene el sistema. En el Sistema Internacionalse expresa respectivamente en kilogramos (kg) o en nmero de moles (mol).

Volumen (V): es el espacio tridimensional que ocupa el sistema. En el SistemaInternacional se expresa en metros cbicos (m3). Si bien el litro (l) no es una unidad del

Sistema Internacional, es ampliamente utilizada. Su conversin a metros cbicos es: 1 l = 10-

3 m3.Presin(p): Es la fuerza por unidad de rea aplicada sobre un cuerpo en la direccin

perpendicular a su superficie. En el Sistema Internacional se expresa en pascales (Pa). La

atmsfera es una unidad de presin comnmente utilizada. Su conversin a pascales es: 1 atm

105 Pa.Temperatura(T t): A nivel microscpico la temperatura de un sistema est relacionada

con la energa cintica que tienen las molculas que lo constituyen. Macroscpicamente, latemperatura es una magnitud que determina el sentido en que se produce el flujo de calor

cuando dos cuerpos se ponen en contacto. En el Sistema Internacional se mide en kelvin (K),

aunque la escala Celsius se emplea con frecuencia. La conversin entre las dos escalas es: T

(K) = t (C) + 273.

Variables Extensivas e Intensivas

En termodinmica, una variable extensiva es una magnitud cuyo valor es proporcional al

tamao del sistema que describe. Esta magnitud puede ser expresada como suma de las

magnitudes de un conjunto de subsistemas que formen el sistema original. Por ejemplo lamasa y el volumen son variables extensivas.

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Una variable intensiva es aquella cuyo valor no depende del tamao ni la cantidad de

materia del sistema. Es decir, tiene el mismo valor para un sistema que para cada una de sus

partes consideradas como subsistemas del mismo. La temperatura y la presin son variablesintensivas.

Funcin de Estado

Una funcin de estado es una propiedad de un sistema termodinmico que depende slo

del estado del sistema, y no de la forma en que el sistema lleg a dicho estado. Por ejemplo, laenerga interna y la entropa son funciones de estado.

El calor y el trabajo no son funciones de estado, ya que su valor depende del tipo de

transformacin que experimenta un sistema desde su estado inicial a su estado final.Las funciones de estado pueden verse como propiedades del sistema, mientras que las

funciones que no son de estado representan procesos en los que las funciones de estado

varan.

Procesos Termodinmicos

Se le denomina proceso a cualquier cambio de equilibrio a otro que experimenta un

sistema, a la serie de cambios por las que pasa un sistema se le conoce con el nombre de

trayectoria, finalmente cuando un proceso realiza una serie de cambios y regresa a su estadoinicial se le considera que ha cumplido un ciclo. Se pueden identificar los siguientes procesos

Proceso Cuasiesttico o de cuiasiequilibrio. Se le conoce as a los procesos donde loscambios son muy lentos de forma que se le permite al sistema permanecer muy cerca delestado de equilibrio, por ejemplo al inflar con gas un globo lentamente se le permite a las

molculas del gas expandirse de forma homognea y el globo se amoldar, si el gas entrara de

manera rpida las molculas ejerceran presin en un punto y el globo podra romperse. Esteproceso es prcticamente hipottico ya que se utiliza para modelar los procesos pero no es

posible llevarlo a la prctica.

Proceso Isotrmico. Son los procesos en donde la temperatura no sufre cambio alguno.

Proceso Isobrico. Son aquellos donde la presin es constante.

Proceso Isocrico o Isomtrico. Es aquel en el que el volumen permanece constante.

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Ejemplo:

Como ejemplo analizaremos algunos sistemas y determinaremos los factores que estn

relacionados con l.

Una casa habitacin, debido a las necesidades cotidianas de confort y dependiendo delclima se dan ciertas caractersticas en las que podramos analizar un sistema

termodinmico en diferentes condiciones.

- Como un sistema abierto, cuando hay calor se permite que el aire entre a travs de las

ventanas refrescando el interior, en ste caso hay tanto intercambio de energa como de

materia.

- Como un sistema cerrado, en el caso contrario de que la temperatura sea baja, la energaproveniente del sol entrar a travs de las ventanas, an con stas cerradas si los vidrios son

transparentes, propiciando un cambio de temperatura en el interior, que se ver favorecido con

un efecto invernadero propiciando una temperatura ms alta que en el exterior.

Fig. 9 En el ejemplo de la casa habitacin observamos las corrientes de aire que favorecen el

intercambio de temperatura por conveccin con l viento y en el caso del sol, la temperaturasube por radiacin.

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2. Apliquen sus conocimientos efectuando lo siguiente:

Analicen qu ocurre cuando una masa de aire frio entra en contacto con la tierra que se

encuentra a una temperatura mayor.

El planeta tierra tiene entre sus caractersticas, la de tener un movimiento constante derotacin, y de traslacin, as como tambin cuenta con los polos, donde la radiacin solar nollega exactamente como en el Ecuador, haciendo que este ltimo tenga una temperatura

mayor.

Las corrientes de aire frio se forman en los polos donde los rayos de sol no llegandirectamente. Cuando estos llegan a la tierra que tiene una mayor temperatura, tiende a

enfriarla haciendo que su temperatura sea remplazada por el aire frio. Lo que provoca que el

aire caliente ascienda a la atmosfera donde se hace menos denso, pues las partculas de

oxigeno ya intercambiado se disuelven ms, y se enfre, con la tendencia de regresar

nuevamente a donde hay calor. Sin embargo por el movimiento de la tierra, y la radiacinsolar, el aire se desplaza girando alrededor del planeta.

Cuando una masa de aire frio entra en contacto con la tierra que tiene un temperatura

mayor ocurre el efecto de conveccin y en definicin esta que en la tierra, debido a que ladensidad del aire depende de la temperatura, el aire caliente sube y el aire frio se hunde por

que el aire caliente es menos denso que el aire frio.

La conveccin es uno de los procesos que permiten la formacin de las nubes. Cuandobrilla el sol el aire se encuentra a nivel del suelo que contiene vapor de agua es calentado y

comienza a elevarse segn va ascendiendo comienza a enfriarse.

Las nubes se forman cuando el aire hmedo se enfra por debajo de la temperatura criticaentonces el agua se condensa sobre partculas diminutas suspendidas y en forma de gotas en la

atmosfera.

Cuando la masa de aire frio llega a la superficie terrestre se encuentra con un ambiente que

est a una temperatura ms elevada, por lo que el aire est ms caliente, as mismo, laspartculas de agua que forman la humedad del ambiente, al chocar ambas masas, la frontera de

ambas empiezan a tener un ligero intercambio de temperatura en la que, por densidad, el aire

caliente tender a subir, al llegar a zonas no tan calientes, la humedad del aire empezar acondensarse formando los diferentes tipos de nubes y si las condiciones son favorables se

condensara al punto de precipitarse en forma de lluvia.

Fig. 10 Esquema del comportamiento de las masas de aire segn su temperatura.

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Bibliografa

Termodinmica primer principio

Realizada por Teresa Martn Blas y Ana Serrano Fernndez - Universidad Politcnica de Madrid (UPM)

Espaa. Recuperada 29/11/2011

Termodinamica Tomo 1 segunda edicin

Yunus A. Cengel, Michael A. Boles

http://ergodic.ugr.es/termo/lecciones/lecciones 05 y 6.pdf

http://estudiarfisica.wordpress.com/2009/01/17/fisica-general-13-conceptos-basicos-de-la-termodinamica-

principio-cero-temperatura-empirica-escalas-termometricas-gas-ideal/

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/termo1p_portada.html

http://www.lfp.uba.ar/Julio_Gratton/termo/02.Definiciones.pdf

http://www.textoscientificos.com/quimica/termodinamica

http://www.jmarcano.com/nociones/ciclo1.html

http://www.meteomes.cl/reportaje10.html

http://www.astromia.com/tierraluna/nubes.htm

http://www.cenapred.gob.mx/es/Investigacion/RHidrometeorologicos/FenomenosMeteorologicos/FrenteFrio

http://www.windows2universe.org/earth/Atmosphere/clouds/formation_fronts.html&lang=sp

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