TERMODINÁMICA

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FÍSICA 
ELEMENTAL
PROFESOR CÉSAR TOCAS VILCA
TERMODINÁMICA
Conceptos previos:
Sustancia de trabajo: Designamos con este nombre a
la sustancia liquida o gaseosa que recorre internamente
el sistema, y en la cual podemos almacenar o extraer
energía.
Sistema termodinámico: Denominamos así 
al sistema físico sobre el cual fijamos 
nuestra atención y estudio. Sus límites 
pueden ser fijos o móviles.
Conceptos previos:
Estado termodinámico: Es aquella situación particular
de una sustancia, cuya existencia esta definida por
las propiedades termodinámicas: presión, volumen,
temperatura, densidad, etc.
Proceso termodinámico: Llamamos así al 
fenómeno por el cual una sustancia pasa 
de un estado (1) a un estado (2), a través 
de una sucesión ininterrumpida de estados 
intermedios.
Conceptos previos:
Ciclo termodinámico: Viene a ser el fenómeno por el cual
una sustancia, partiendo de un estado, desarrolla varios
procesos, al final de los cuales retorna al estado inicial.
Energía interna de un gas ideal (U)
Es la suma de las energías cinéticas de traslación, vibración y rotación de 
todas las moléculas que componen una determinada masa de gas ideal, esta 
magnitud depende de la temperatura absoluta (T) y de la cantidad de gas 
(número de partículas)
Primera ley de la termodinámica
En todo proceso termodinámico el calor que entra o sale de un sistema será 
igual al trabajo realizado por el sistema o sobre él, más la variación de la 
energía interna.
𝑺𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂
𝒕𝒆𝒓𝒎𝒐𝒅𝒊𝒏á𝒎𝒊𝒄𝒐 Donde las magnitudes y sus respectivas 
unidades en el SI son: 
Q: Cantidad de calor (J)
W: Trabajo mecánico (J) 
∆U: Variación de la energía interna (J) 
Convención de signo:
Cálculo del trabajo realizado por un sistema termodinámico
mediante una gráfica P vs V
Proceso termodinámico:
Cálculo del trabajo realizado por un sistema termodinámico
mediante una gráfica P vs V
Ciclo termodinámico
Características de algunos procesos termodinámicos
1. Proceso isobárico(P = constante)
En este proceso se hace evolucionar a un sistema desde un estado inicial hasta 
otro final, manteniendo en todo instante la presión constante.
W= P.∆V 
Diagrama P-vs-V 
Características de algunos procesos termodinámicos
2. Proceso isocórico (V = constante)
Es aquel proceso termodinámico en el cual una sustancia evoluciona desde un 
estado inicial hasta otro final, manteniendo su volumen constante. También
se le denomina isovolumétrico.
W= 0 ⇒ Q = ∆U
Diagrama P-vs-V 
Características de algunos procesos termodinámicos
3. Procesos isotérmico (T=constante)
En este proceso se hace evolucionar a la sustancia desde un estado inicial hasta 
otro final, manteniendo su temperatura constante.
∆U = 0 ⇒ Q = W
Diagrama P-vs – V
Características de algunos procesos termodinámicos
4. Proceso adiabático (Q = 0)
Es aquel proceso termodinámico en el cual se hace evolucionar a la sustancia 
desde un estado inicial hasta otro final sin adición ni sustracción de calor.
Q = 0 ⇒W = –∆U
Diagrama P-vs-V 
Calores específicos de los gases
El calor necesario para elevar la temperatura de un gas depende de cómo se halle confinado. Por 
ejemplo, si el volumen se mantiene constante, el calor recibido por el gas se convierte totalmente en 
energía interna, elevando por lo tanto la temperatura. Debido a esto, para un gas se distinguen 2 
calores específicos:
𝐶𝑃: Calor específico a presión constante
𝐶𝑉: Calor específico a volumen constante
Para el caso de gases es usual emplear el número de moles en vez de la masa, razón por la cual se 
define el calor específico molar:
ℂ =
𝑪𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓 (𝑸)
𝑵° 𝒅𝒆𝒎𝒐𝒆𝒍𝒔 𝒏 . ∆𝑻
Q: Cantidad de calor (J)
n: Número de moles (mol)
∆T: Variación de la temperatura (°K)
ℂ: Calor específico molar (J/mol °K)
Coeficiente adiabático (𝜸)
𝜸 =
ℂ𝑷
ℂ𝑽
=
𝑪𝑷
𝑪𝑽
> 𝟏
Gases monoatómicos: 𝜸 = 𝟓/𝟑
Gases diatómicos: 𝜸 = 𝟕/𝟓
Segunda ley de termodinámica
Como se ha visto, la primera ley es una aplicación de la conservación de la energía, pero no 
afirma nada respecto al curso que toman los acontecimientos en el universo. Se conserva la 
energía cuando cae una piedra y su energía potencial gravitatoria se trasforma en cinética. 
Pero al chocar la piedra con el suelo y al llegar al reposo, su energía cinética se trasforma en 
energía térmica.
Sin embargo, una piedra que se encuentra en reposo sobre el suelo, nunca cambia la energía 
térmica de ella y de la vecindad en energía cinética, y sale disparada hacia arriba. La primera 
ley no excluye esta posibilidad, ya que este proceso inverso también conserva la energía. 
Pero tal proceso no ocurre.
El calor fluye espontáneamente de un objeto caliente a otro frío y no a la inversa. En virtud de 
esto, es imposible que en un proceso cíclico se transfiera calor de un cuerpo de baja 
temperatura a un cuerpo de alta temperatura, a menos que se efectúe un trabajo externo 
sobre el sistema que efectúa el ciclo.
Conclusiones de la segunda ley de la termodinámica
1. Una máquina térmica no puede tener un rendimiento del 100%. (Kelvin - Planck).
2. Es imposible para cualquier proceso tener como único resultado la transferencia de calor 
desde un cuerpo frío a uno caliente.
Ciclo de Carnot
Ciclo teórico que le permite a una máquina ideal 
transformar la mayor cantidad de calor en trabajo, es 
decir, es el ciclo de máxima eficiencia.
Está constituido por dos procesos isotérmicos y dos 
adiabáticos.
A → B: proceso isotérmico 
B → C: Proceso adiabático
C → D: Proceso isotérmico
D → A: Proceso adiabático 
Cuando una máquina térmica trabaja con este ciclo, obtiene un trabajo neto 
máximo, con una cantidad de calor suministrada a la sustancia de trabajo. Se 
observa que en este ciclo ΔU = 0. La eficiencia máxima que se logra en este ciclo se 
determina por:
𝒏𝒎á𝒙 = 𝟏 −
𝑸𝟐
𝑸𝟏
= 𝟏 −
𝑻𝟐
𝑻𝟏
Además:
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝑸𝟏 −𝑸𝟐
Tener siempre en cuenta las unidades con 
las cuales se está trabajando y en el caso de 
gráficas, observar el sentido del proceso, es 
decir, si es una expansión o comprensión. 
GRACIAS POR 
SU ATENCIÓN