S13 s2 - Material

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Procesos Termodinámicos 
Semana 13 – Sesión 02 
 
Cálculo aplicado a la física 3 
Logros 
 
Al finalizar la sesión de 
aprendizaje, el estudiante 
interpreta los diversos procesos 
termodinámicos determinando las 
variables que caracterizan el 
sistema. 
Datos/Observaciones 
Agenda 
 
Procesos termodinámicos 
Trabajo efectuado en un proceso termodinámico. 
Procesos Isobárico 
Proceso Isotérmicos 
Proceso Isovolumétrico 
Energía interna 
Resolución de ejercicios. 
Cierre. 
 
Sistema termodinámico 
Un sistema termodinámico es cualquier conjunto de objetos que conviene considerar como 
una unidad, y que podría intercambiar energía con el entorno. 
Un proceso donde hay cambios en el estado de un sistema termodinámico, se denomina 
proceso termodinámico. 
Intentar predecir el comportamiento de las moléculas es muy 
complicado, sin embargo antiguos científicos comprendieron 
que podrían estudiar el sistema en si mismo…utilizando 
cantidades físicas que describen el comportamiento a gran 
escala ….. como son el volumen, la presión, la 
temperatura,…..Naciendo así la termodinámica….que tiene 
como pilares principales las leyes de la termodinámica 
V 
n 
T 
T 
Procesos Termodinámicos 
Los procesos se clasifican como reversibles 
e irreversibles 
 
Procesos irreversibles, son aquellos procesos 
termodinámicos que se dan espontáneamente 
en una dirección, pero no en la otra. 
En la naturaleza los procesos son irreversibles. 
Procesos reversibles, son los procesos 
termodinámicos que pueden transcurrir en 
ambas direcciones; siempre en equilibrio con 
el medio. 
El fuego en la hoguera es un proceso irreversible 
¿La caída de un bloque de madera es 
un proceso reversible o irreversible? 
Trabajo mecánico realizado por un cambio 
de volumen 
Un ejemplo sencillo de un sistema termodinámica es un cilindro con un pistón móvil que 
contiene en su interior un gas. Suponga que el gas empuja el pistón cuasi estáticamente, es 
decir, lo suficientemente lento para que el sistema se encuentre en todo momento en equilibrio 
térmico. 
Las moléculas del gas al chocar con el pistón 
producen fuerzas que pueden desplazar este 
pistón. Si F es la fuerza total que el gas ejerce 
sobre el pistón, entonces el trabajo dW que el gas 
realiza al mover el pistón una distancia dx será: 
dW Fdx
Trabajo mecánico realizado por un cambio 
de volumen 
dW Fdx
Ahora como entonces 
dW PAdx PdV 
F PA
Para obtener el trabajo total integramos, obteniendo que 
2
1
V
V
W PdV 
Se observa que sino hay cambio de volumen entonces no 
hay trabajo. 
Trabajo mecánico realizado por un cambio 
de volumen 
El trabajo efectuado en la expansión 
desde el estado inicial hasta el 
estado final es el área bajo la curva 
en un diagrama 𝑃𝑉. 
 
𝑊 = 𝑃𝑑𝑉
𝑉𝑓
𝑉𝑖
 
Trabajo mecánico realizado por un cambio de 
volumen 
El trabajo efectuado es igual al área bajo la curva en una gráfica pV 
 
Procesos Termodinámicos de gases 
ideales 
Proceso isobárico 
Proceso que transcurre a presión constante 
Proceso Isotérmico 
Proceso que transcurre a temperatura constante 
𝑊 = 𝑃𝑑𝑉
𝑉𝑓
𝑉𝑖
 𝑊 = 𝑝∆𝑉 
𝑊 = 𝑃𝑑𝑉
𝑉𝑓
𝑉𝑖
 𝑝𝑉 = 𝑅𝑛𝑇 𝑊 = 𝑅𝑛𝑇 𝑙𝑛
𝑉𝑓
𝑉𝑖
 
Cuando en un sistema termodinámico ocurre alguna variación de una cantidad macroscópica 
(P, V, T,...) se dice que el sistema a sufrido un proceso termodinámico. 
Proceso isocórico 
Proceso que transcurre a volumen constante 
𝑑𝑊 = 𝑃𝑑𝑉 𝑑𝑊 = 0 
Procesos Termodinámicos de 
gases ideales 
Ley de Boyle 
PV = k (T = Constante) 
 
Ley de Charles 
V/T = k 
(P=Constante) 
Ley de Gay-Lussac 
P/T = k (V=Constante) 
 
Procesos Termodinámicos de 
gases ideales 
Procesos isotérmicos (Ley de Boyle-Mariotte) 
Si se mantiene constante la temperatura de un gas 
ideal a una determinada masa tenemos que 
cte.PV 
Si aumentamos la presión el volumen debe disminuir 
para que el producto se mantenga constante. Otra 
forma de escribirla ley de Boyle es 
1 1 2 2
P V P V
Procesos Termodinámicos de 
gases ideales 
Procesos isocóricos (Ley de Gay-Lussac) 
Si se mantiene constante el volumen de un gas ideal a una determinada masa tenemos que 
Si aumentamos (disminuimos) la presión debe 
aumentar (disminuir) la temperatura para que el 
producto se mantenga constante. Otra forma de 
escribirla ley de Gay es 
1 2
1 2
P P
T T
Procesos Termodinámicos de 
gases ideales 
Procesos isobárico 
Si se mantiene constante la presión de un gas 
ideal a una determinada masa tenemos que 
Si (disminuir) la temperatura para que el producto 
se mantenga constante aumentamos 
(disminuimos) el volumen debe aumentar 
V
1
T
1
=
V
2
T
2
cte.
V
T

Ejemplo 1. 
Mediante un proceso isotérmico el volumen de un gas ideal aumenta 1%. Si 
la presión final es de 1 atm. Calcule la presión inicial. 
 
Energía Interna (U) 
Dentro de un material hay energía almacenada. Por ejemplo, energía debido al 
movimiento de las moléculas (energía cinética) o por causa de la interacción entre 
moléculas (energía potencial ). Además hay que considerar la enorme cantidad de 
energía que existe dentro del núcleo atómico que mantiene las partículas nucleares 
juntas o que forman las partículas. 
 
Todas esta energía dentro de una sustancia forman su energía interna, U. Aunque la 
energía interna de una sustancia tenga un carácter complejo, como estudiaremos 
gases, consideraremos que variaciones de la energía interna, ΔU, ocurre debido a 
cambios en la temperatura, T, de la sustancia. Es decir, si no hay variación de la 
temperatura no hay cambio en la energía interna. 
 
 
Energía Interna (U) 
VU nc T  
La energía interna se relaciona con la energía de 
las moléculas de un sistema térmico y es una 
función que depende de la temperatura. 
 
𝑈 = 𝑈 𝑇 
NO OLVIDAR! 
 
Un procesos termodinámico, es el que presenta 
cambios en el estado de un sistema. 
Un proceso isotérmico se da a temperatura constante 
Un proceso Isocórico se da a volumen constante 
Un proceso isobárico se da a presión constante 
El trabajo realizado por un sistema depende de los 
estados inicial y final y de la trayectoria seguida por el 
sistema entre dichos estados. 
Cada vez que un sistema se expande, su trabajo es 
negativo y si un sistema se contrae el trabajo es 
positivo. 
La energía interna es una función de estado depende 
sólo de los estados inicial y final. 
 
Recuerda 
BIBLIOGRAFÍA 
 
BÁSICA 
Serway, R. y Jewett, J.W.(2015) Física para ciencias e ingeniería. Volumen II. 
México. Ed. Thomson. 
Halliday, D., Resnick, R. y Krane, K.S.(2008) Física. Volumen II. México. Ed. 
Continental. 
Sears F., Zemansky M.W., Young H. D., Freedman R.A. (2016) Física 
Universitaria Volumen II Undécima Edición. México. Pearson Educación. 
COMPLEMENTARIA 
Tipler, P., Mosca, G. (2010) Física para la ciencia y la tecnología. Volumen II. 
México Ed. Reverté . 
Feynman, R.P. y otros. (2005) Física. Vol. II. Panamá. Fondo Educativo 
interamericano. 
 
 
Bibliografía