TermodinmicaLuego de muchsimos discusiones realizadas hasta el siglo pasado se vinieron abajo las creencias de que el calor era un fluido que viva en los cuerpos calientes; esto sucedi a partir de los excelentes resultados experimentales logrados por joule, comprobndose as que el calor es una forma de energa que se puede convertir en trabajo. Desde ese momento se ponan las bases experimentales de una nueva rama de la Fsica que se dedicara a estudiar las distintas transformaciones de energa en calor; esta seria bautizada con el nombre de Termodinmica.

TermodinmicaCiencia que estudia el calor y su relacin con otras formas de energaEs laLey de equilibrio TrmicoLey de conservacin de la EnergaLey de propagacin natural de calorNaturaleza errtica de calorEn basePara ser aplicada en:Maquinas trmicasMaquinas refrigeradorasBombas de calorExtractoras de calor

I. Equivalente mecnico del calorEl ingls James Prescott Joule en el ao 1878 pudo comprobar mediante un simple experimento que una cantidad de trabajo realizado (Cualquiera sea su naturaleza) produce siempre una cantidad definida de calor. As, del ejemplo de la figura se tiene que el bloque de masa m= 20,9 kg colocado a una altura de h = 0,5 m al ser liberado, por efecto de la cada convierte su energa potencial en trabajo que hacen las paletas en el interior del cilindro, el cual contiene m= 100 g de agua, y que por efecto de la agitacin eleva su temperatura en A continuacin

Si Q es el calor en caloras, entonces el trabajo W en Joules equivalente estar dado por:

II. Si W es el trabajo en joules y Q es el calor equivalente en caloras, se verificara que Definiciones:1) Sistema termodinmico. Denominamos as al sistema fsico sobre el cual fijamos nuestra atencin y estudio. Sus lmites pueden ser fijos o mviles.2) Sustancia de trabajo. Designamos con este nombre a la sustancia liquida o gaseosa que recorre internamente el sistema y en el cual podemos almacenar o extraer energa.3) Estado termodinmico. Es aquella situacin particular de una sustancia, cuya existencia est definida por las propiedades termodinmicas: Presin, Volumen, temperatura; Densidad, etc.4) Proceso termodinmico. Llamamos as al fenmeno por el cual una sustancia pasa por un estado (1) a un estado distinto (2) a travs de una sucesin ininterrumpida de estados intermedios.5) Ciclo termodinmico. Viene a sr el fenmeno por el cual una sustancia, partiendo de un estado, desarrolla varios procesos, al final de los cuales retorna al estado inicial.

III. Energa interna de un gas ideal (U)La hacer un estudio minucioso del movimiento molecular de un gas, reconoceremos que estos, adems de tener movimiento de traslacin, tiene un movimiento de vibracin y tambin de rotacin. Claro est que todos los gases tienen sus molculas con estos movimientos; sin embargo , comprobaremos que la suma de todas las energas debidas a estos , adems de las energas potenciales, nos resulta llamado Energa Interna del gas, cuyo valor depende principalmente de la temperatura del gas. Para el caso de los gases constituidos por N molculas monoatmicas, esta energa viene dada as:

La energa interna de un gas tiene un valor que viene dada por la siguiente relacin general:

Dnde: Las variaciones de energa interna estn dadas por:

Esta misma relacin se puede expresar en trminos de capacidad calorfica molar a volumen constante (); Donde En un proceso isotrmico la energa interna ( U ) se mantiene constante; por lo tanto:

Los valores que presenta los coeficientes adiabticos , que determinan las caractersticas de un proceso adiabtica, se obtienen asignndole valores al nmero i, y as se consigue; 5/3; 7/5; y 4/3 para los gases mono, di y triatmico respectivamente.

IV. Problemas:1) Un automvil de una tonelada de masa se desplaza a razn de 20 m/s por una pista de hielo. Qu cantidad de hielo a 0 C se derrite bajo las ruedas desde el instante en que el auto empieza a frenar?2) Un resorte de acero de 0,6 kg de masa y constante elstica k = 5 KN/m es comprimido 15 cm. Calcular en cuantos C se calienta el resorte si en el proceso recibi un trabajo de 6,7 KJ. Se sabe que: Ce(acero) = 0,11 cal/gC.3) Un bloque de hielo de 168 Kg a 0 C es soltado desde una altura de 250 m. Qu cantidad de hielo se fundir por el calor liberado durante el impacto, si se sabe que el 20 % de la energa mecnica se libera al medio?Lf(agua) = 336 KJ/kg.4) En un recipiente hay 2,5.1022 molculas diatnicas de un gas que se encuentra a la temperatura de 320 K. Cul es el valor de la energa interna que almacena?5) Dos moles de un gas triatmico presentan una energa interna de 16,62 KJ. A que temperatura se encuentra?6) Cunta energa interna contiene un gas si se sabe que al aumentar el nmero de molculas en 20 % y disminuir la temperatura en un tercio de su valor, la energa desciende en 3 KJ?Lic. Marco Antonio Daz Apac.

1. Un automvil de una tonelada de masa se desplaza a razn de 20 m/s por una pista de hielo. Qu cantidad de hielo a 0 C se derrite bajo las ruedas desde el instante en que el auto empieza a frenar?Sea Q, la cantidad de calor que se genera al frenar el automvil y que fundir la masa de hielo, que como sabemos requiere de un calor llamado latente para fundirse. Este calor no ser otra cosa que la conversin del trabajo para detener el auto (W) a costa de variar su energa cintica, entonces aplicamos la relacin.

2. Un resorte de acero de 0,6 kg de masa y constante elstica k = 5 KN/m es comprimido 15 cm. Calcular en cuantos C se calienta el resorte si en el proceso recibi un trabajo de 6,7 KJ. Se sabe que: Ce(acero) = 0,11 cal/gC.Solucin:Al comprimir el resorte se realiza un trabajo W el cual se invierte as: una parte en aumentar la energa potencial elstica del resorte (EPE) y la otra parte calentarlo. Luego aplicando la relacin tenemos:

De donde: , que convertidos a calorias nos da: , Luego aplicando la relacin de calor sensible, tendremos:

3. Un bloque de hielo de 168 Kg a 0 C es soltado desde una altura de 250 m. Qu cantidad de hielo se fundir por el calor liberado durante el impacto, si se sabe que el 20 % de la energa mecnica se libera al medio? Lf(agua) = 336 KJ/kg.Solucin:1. Energa mecnica disponible: 2. Calor obtenido del choque: 3. Masa del hielo fundido. Esta la obtendremos de la relacin: , donde m es la masa de hielo que se funde: Reemplazando de 1 y 2

4. En un recipiente hay 2,5.1022 molculas diatnicas de un gas que se encuentra a la temperatura de 320 K. Cul es el valor de la energa interna que almacena?Solucin:Reconocemos que tratndose de un gas Diatmico i = 5, por lo cual la energa interna viene dada por:

Reemplazando los datos tendremos:

5. Dos moles de un gas triatmico presentan una energa interna de 16,62 KJ. A qu temperatura se encuentra?Solucin:La relacin que vincula la energa interna ( U ) con el numero de moles ( n ) y la temperatura es:

Reemplazando datos en el S.T.

6. Cunta energa interna contiene un gas si se sabe que al aumentar el nmero de molculas en 20 % y disminuir la temperatura en un tercio de su valor, la energa desciende en 3 KJ?Solucin:Reconocemos que existen dos situaciones bien definidas: Una real y la otra hipottica.1) Estado real

2) Estado hipottico

Efectuando

Reemplazando: los datos: