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TERMODINÁMICA
La termodinámica es la rama de la física que se
encarga del estudio de la transformación del calor
en trabajo y viceversa. Su estudio se inició en el
siglo XVIII y sus principios se fundamentan en
fenómenos comprobados experimentalmente.
Otra definición de la termodinámica es: Parte de la
física que estudia las propiedades de la materia
cuando intervienen cambios de temperatura.
CIENCIA que estudia la conversión de unas fuentes 
de energía en otras.
La termodinámica se desarrolla a partir de 
cuatro principios o leyes:
-Principio cero: permite definir la Tª como una 
propiedad.
-Primer principio: define el concepto de 
energía como magnitud conservativa.
-Segundo principio: define la entropía como 
magnitud no conservativa.
-Tercer principio: postula algunas propiedades 
en el cero absoluto de temperatura.
SISTEMAS TERMODINÁMICOS
Objeto de nuestro análisis.
Cualquier cosa que se desee estudiar.
1.- Materia contenida en un tanque cerrado.
2.- Tubería de gas a través de la cual fluye 
materia.
Sistema es una porción del universo objeto de estudio. Un 
sistema es una región restringida,
no necesariamente de volumen constante, ni fija en el espacio, en 
donde se puede estudiar la transferencia y transmisión de masa y 
energía. Se debe definir cuidadosamente.
Todo sistema queda limitado por un contorno, paredes, fronteras o 
límites del sistema, que pueden ser reales o imaginarios. También se 
llaman superficie de control. La frontera separa el sistema del resto 
del universo; esta frontera puede ser material o no. A través de la frontera 
suceden los intercambios de trabajo, calor o materia entre el sistemay su 
entorno.
El medio rodeante o entorno es la parte del universo próxima al 
sistema y que se ve afectada en alguna medida por los procesos que 
ocurren en el sistema.
El universo es todo lo accesible a nuestro experimento. Para el 
termodinámico, el universo está formado por el sistema examinado y 
su entorno con el que es capaz de interaccionar en su evolución:
universo = sistema + entorno 
Por convenio, el universo para el termodinámico es un sistema aislado.
ENTORNO, PARED 
(FRONTERA)
Las interacciones de materia y energía 
entre sistema y entorno ocurren a 
través de la pared.UNIVERSO
Pared imaginaria lo suficientemente 
alejada para que sea adiabática e 
impermeable. 
Paredes diatérmicas y adiabáticas.- La frontera de
un sistema puede estar constituida con paredes
diatérmicas o con paredes adiabáticas. Una
pared diatérmica es aquella que permite la
interacción térmica del sistema con los
alrededores. Una pared adiabática no permite
que exista interacción térmica del sistema con
los alrededores.
TIPOS DE SISTEMAS
Según cómo sea la pared que los separa del 
entorno. En función de sus paredes o límites, 
un sistema puede ser:
-CERRADO
-ABIERTO
-AISLADO (caso especial sistema 
cerrado)
TIPOS DE SISTEMAS
CERRADO O MASA DE CONTROL
Contiene una cantidad fija de materia, no 
existe transferencia de masa a través de su 
frontera, PERO SI DE ENERGÍA. La pared 
que rodea al sistema es impermeable.
SISTEMA AISLADO
Sistema aislado
No puede tener absolutamente ninguna 
interacción con sus alrededores: la pared 
resulta impermeable a la materia y a 
cualquier forma de energía (mecánica o no 
mecánica).
TIPOS DE SISTEMAS
ABIERTO O VOLUMEN DE CONTROL
Región del espacio a través de la cual 
puede fluir masa y/o energía. Existe 
intercambio con sus alrededores.
PROPIEDADES
Características MACROSCÓPICAS de un 
sistema a las que puede asignarse un valor 
numérico sin un conocimiento previo de la 
historia del sistema.
MASA, VOLUMEN, ENERGÍA, PRESIÓN, 
TEMPERATURA
NO PROPIEDADES
FLUJO DE MASA
TRANSFERENCIA DE ENERGÍA POR W Y Q
Una magnitud es una propiedad si, y sólo si, su 
cambio de valor entre dos estados es 
independiente del proceso.
ESTADO, PROCESO
Condición de un sistema definida por el conjunto de 
sus propiedades.
ESTADO ESTACIONARIO
Cambio en cualquiera de las propiedades de un 
sistema, su estado cambia. Transformación de un 
estado a otro.
Es cuando un sistema cambia de estado por
interacción con sus alrededores. Si nos referimos
a cambios de estados de equilibrio térmico de un
sistema, el proceso es termodinámico.
CICLO TERMODINAMICO
Secuencia de procesos que empieza y 
termina en el mismo estado.
Al final de un ciclo todas las propiedades tienen 
los mismos valores que tenían al principio.
PROPIEDADES EXTENSIVAS E 
INTENSIVAS
EXTENSIVAS: su valor para un sistema es la
suma de los valores correspondientes a las 
partes en que se subdivida. Dependen de la 
masa del sistema.
MASA, VOLUMEN, ENERGÍA ( dependen del 
tamaño o extensión de un sistema, pueden 
cambiar con el tiempo).
Varían fundamentalmente con el tiempo.
PROPIEDADES EXTENSIVAS E 
INTENSIVAS
INTENSIVAS: su valor para un sistema no es 
aditivo. Se definen en un punto.
VOLUMEN ESPECÍFICO, PRESIÓN, 
TEMPERATURA ( no dependen del tamaño 
o extensión de un sistema, pueden variar de 
un sitio a otro dentro del sistema en un 
instante dado).
Pueden ser función de la posición y del tiempo.
A menudo es conveniente obtener ciertas 
propiedades intensivas a través de sus 
correspondientes extensivas. Por ejemplo, el 
volumen específico se obtiene dividiendo el 
volumen del sistema entre la masa del 
mismo. La densidad es la masa por unidad 
de volumen y es el inverso del volumen 
específico, etc.
FASE, SUSTANCIA PURA
FASE: Cantidad de materia que es homogénea en 
toda su extensión tanto en:
-composición química
-estructura física
Una fase es una parte homogénea de una mezcla. Una 
mezcla de agua y hielo es bifásica.
El aire seco es monofásico (gas), pero si hay condensación 
(nubes) es bifásico. El granito está compuesto de tres fases 
(cuarzo, mica y feldespato), que se distinguen a simple vista. 
Sin embargo, generalmente es necesario emplear 
herramientas más avanzadas (microscopio electrónico, 
difracción de rayos X, etc.), para distinguir las diferentes fases 
de una mezcla.
SUSTANCIA PURA: Uniforme e invariable 
en su composición química. Sustancia pura es un 
material formado por un sólo constituyente, 
en oposición a una mezcla.
Por ejemplo, en procesos físicos (calentamiento 
o enfriamiento, compresión o expansión) a 
temperatura ambiente o superior, el aire puede 
considerase una sustancia pura; pero en 
procesos químicos (reacciones de combustión) o 
a bajas temperaturas (cuando se forma aire 
líquido), es necesario considerar el aire como 
una mezcla de sus componentes (oxígeno, 
nitrógeno, etc.).
EQUILIBRIO
MECÁNICO
TÉRMICO
DE FASES
QUÍMICO
Un sistema está en equilibrio termodinámico si 
aislamos el sistema de su entorno y 
esperamos para comprobar cambios en sus 
propiedades observables y dichos cambios 
no se producen.
Un sistema está en equilibrio cuando no tiene tendencia por sí 
mismo para cambiar su estado, y por tanto sus propiedades. 
Para comprobar si un sistema está en equilibrio habría que 
aislarlo (imaginariamente) y comprobar que no evoluciona 
por sí solo.
Recordemos que un sistema termodinámico se encuentra en
estado de equilibrio si sus variables termodinámicas de presión
P, volumen V, y temperatura T no cambian con el tiempo. Tal
es el caso de un gas encerrado en un recipiente de paredes
adiabáticas (asbesto, espuma plástica, ladrillos refractarios,
etc), cuyas variables de estado, una vez alcanzado el equilibrio
térmico, permanecen sin alteración. Para su estudio los
procesos se clasifican en reversibles e irreversibles.
Proceso cuasiestático: Todos los estados 
intermedios del proceso son estados de 
equilibrio. Este proceso realmente no existe, es 
ideal o teórico. Puede aproximarse tanto más 
cuanto la causa o potencial dirigente del 
proceso varía en cantidades cada vez más 
pequeñas. Entonces cada nuevo estado 
producido, puede considerarse de equilibrio y 
viene definido por sus coordenadas y puede 
aplicársele las ecuaciones que las liguen. La 
representación en un diagrama vendrá dada por 
unacurva continua.
Procesos isobáricos, 
isocóricos e isotérmicos
Un proceso es isobárico, cuando en él la 
presión permanece constante.
Un proceso es isocórico, cuando en él el 
volumen permanece constante.
Un proceso es isotérmico cuando en él la 
temperatura permanece constante.
PRINCIPIO CERO
TEMPERATURA
EQUILIBRIO
Un sistema está en equilibrio termodinámico si 
aislamos el sistema de su entorno y 
esperamos para comprobar cambios en sus 
propiedades observables y dichos cambios 
no se producen.
Un sistema está en equilibrio cuando no tiene tendencia 
por sí mismo para cambiar su estado, y por tanto sus 
propiedades. Para comprobar si un sistema está en 
equilibrio habría que aislarlo (imaginariamente) y 
comprobar que no evoluciona por sí solo.
EQUILIBRIO TÉRMICO
Estado alcanzado por 2 o más sistemas 
caracterizado por valores particulares de sus 
variables después de haber estado 
comunicados entre sí a través de una pared 
DIATERMA.
Tenemos 3 sistemas aislados, dos sistemas 
simples en contacto por una pared adiabática 
y un tercero en contacto con los anteriores 
por una pared diaterma.
PRINCIPIO CERO
Dos sistemas en equilibrio térmico con un 
tercero, están en equilibrio térmico entre sí.
Si queremos conocer si dos cuerpos están a 
igual Tª, no es necesario ponerlos en 
contacto y ver si alguna propiedad 
observable cambia con el tiempo o no. Basta 
únicamente ver si están individualmente en 
equilibrio térmico con un tercer cuerpo, que 
será, en general, un TERMÓMETRO.
Temperatura
La temperatura T es aquella propiedad que 
determina la capacidad de un sistema para 
intercambiar calor. Su unidad es el kelvin (K).
Es una propiedad característica del equilibrio 
térmico sistemas en equilibrio 
termodinámico tienen igual Tª.
Es una propiedad INTERNA (depende de la 
configuración interna del sistema).
Es una propiedad INTENSIVA (independiente del 
tamaño del sistema).
PROCESOS ISOTERMOS Y 
ADIABÁTICOS
Proceso ISOTERMO: proceso a Tª 
constante.
Proceso ADIABÁTICO: proceso en el que no 
se produce transferencia de calor.
Medida y cuantificación de la Tª
La medida de la Tª se va a realizar con 
TERMÓMETROS que se cuantifican a través 
de ESCALAS.
Para cuantificar el valor de la temperatura 
empírica es necesario establecer una escala 
de temperaturas. La escala Celsius emplea 
dos puntos fijos (los puntos de fusión y de 
ebullición del agua pura, a 1 atm de presión), 
a los que da arbitrariamente los valores 
numéricos de 0 y 100 °C.
Termómetro 
Sistema termodinámico que posee una 
propiedad macroscópica que adopta 
diferentes valores cuando varía la Tª 
(propiedad termométrica) permaneciendo 
constantes el resto de variables de estado.
Cualquier cuerpo puede utilizarse como 
termómetro si tiene al menos una propiedad 
medible que cambia cuando su temperatura 
cambia. (PROPIEDAD TERMOMÉTRICA).
Termómetro 
Cualquier sustancia que muestre cambios 
en propiedades termométricas se denomina 
SUSTANCIA TERMOMÉTRICA.
En 1954 se toma como PTO. De 
REFERENCIA el PTO. TRIPLE DEL AGUA, 
al que se le asigna como valor
θ (XPTH2O) = 273,16 
θ (X) = 273,16 (X/ XPTH2O) ESCALA EMPÍRICA DE Tª
TERMÓMETRO PROPIEDAD ESCALA
TERMOMÉTRICA
GAS (V=CTE) P (Presión) θ (P) = 273,16 (P/ PPTH2O)
RESISTENCIA R (Rª) θ (R) = 273,16 (R/ RPTH2O)
Estas escalas dependen tanto del tipo de termómetro como del líquido 
empleado (no son comparables).
El termómetro de gas. La Tª de 
gas ideal.
P=ρ g Δh
El gas está contenido en el bulbo y la 
presión que ejerce se mide mediante un 
manómetro de mercurio de tubo abierto.
Cuando la Tª sube el gas se expande 
empujando el mercurio hacia arriba por el 
tubo abierto. El gas se mantiene a V=cte 
modificando la posición del reservorio.
El termómetro de gas es tan excepcional en 
términos de precisión y exactitud que ha sido 
adoptado internacionalmente como el 
instrumento estándar para calibrar otros 
termómetros.
La sustancia termométrica es el gas (hidrógeno 
o helio) y la propiedad termométrica la 
presión ejercida por el gas.
Es utilizado como un estándar generalizado 
por las oficinas de estándares y los 
laboratorios de investigación.
Como los termómetros de gas requieren 
aparatos complejos y son dispositivos 
grandes y con respuesta lenta que exigen 
procedimientos experimentales complicados, 
se suelen utilizar otro tipo de termómetros 
calibrados directa o indirectamente con los 
termómetros de gas.
Escala de Tª de gas.
Las escalas de Tª se definen mediante valores 
numéricos asignados a los PUNTOS FIJOS 
ESTÁNDAR. Por acuerdo internacional un 
punto fijo estándar es el PUNTO TRIPLE 
DEL AGUA, que corresponde al estado de 
equilibrio entre VAPOR, HIELO y AGUA 
LÍQUIDA.
Resulta conveniente asignar a la Tª de este 
punto fijo el valor 273,16 Kelvin.
Asignación de valores numéricos a 
los niveles de Tª con el termómetro 
de gas.
T=αP donde P es la presión en un termómetro 
de gas de V=cte en equilibrio térmico con un 
baño.
Para obtener el valor de α (cte arbitraria), se 
introduce el termómetro en otro baño 
mantenido en el punto triple del agua y 
midiendo la presión Ppt del gas confinado a 
la Tª del punto triple.
α= 273,16/Ppt
T= 273,16 (P/Ppt)
Los valores de ambas presiones dependen 
parcialmente de la cantidad de gas en el 
bulbo, por lo que el valor de T varía con la 
cantidad de gas del termómetro.
Para solventar este problema se realizan 
mediciones reiteradas en el baño original y 
en el baño de referencia con cantidades 
menores de gas, obteniendo para cada una 
de ellas la relación P/Ppt.
Para cada valor de la presión de referencia = 0
el valor P/Ppt depende del gas empleado en el 
termómetro, pero al ir disminuyendo la presión, los 
valores P/Ppt del termómetro con diferentes gases 
se van aproximando, y en el límite, cuando 
P/Ppt 0, se obtiene el mismo valor de P/Ppt 
para todos los gases.
T= 273,16 lim (P/Ppt)
P 0
Ppt 0
Escala KELVIN
Escala termodinámica que no depende en ninguna 
medida de las propiedades de una sustancia 
particular o de un tipo de sustancias.
Para desarrollar esta escala es necesario usar:
- Principio de conservación de la energía.
- Segundo principio de la termodinámica.
Esta escala tiene un cero en 0K y las temperaturas 
inferiores a esta no están definidas.
Escalas CELSIUS, RANKINE y 
FAHRENHEIT
Comparación de las escalas de Tª
Termometría de contacto
Termómetro de columna de líquido.
Sección cte.
Propiedad termométrica: longitud de líquido.
L↑→T↑ dilatación de líquidos T=aL+b 
Suele utilizarse mercurio.
VENTAJAS: estables (poco deterioro), muy precisos, 
sencillos y con un intervalo de Tª adecuado.
INCONVENIENTES: elemento sensible grande, lectura 
discontinua, cte. de tiempo grande, no pueden 
automatizarse.
Termómetro de resistencia.
Termómetro de metal. Esta resistencia se mide manteniendo en el 
termómetro una corriente constante conocida (ajustada mediante un 
reostato y comprobada con una resistencia patrón en serie) y 
midiendo la diferencia de potencial entre sus extremos mediante un 
voltímetro sensible.
VENTAJAS: muy alta precisión y con un gran intervalo de Tª. Se usa como 
patrón de la Escala Internacional de Tª. Lectura continua y automática.
INCONVENIENTES: Tensiones (se descalibra). Oxidaciones a ↑Tª.
R=R0 (1+At+Bt2) 
R0= Rª en el punto triple del agua
Termopar
Basado en un efecto termoeléctrico llamado 
SEEBECK. Se basa en la aparición de una 
fem al someter a diferentes Tª a dos metales 
unidos por soldadura.
Existen diferentes tipos según el material de 
composición y se designan por letras: 
sensores tipo K, J, R.
VENTAJAS: tamaño, con un gran intervalo de Tª. Barato y robusto.
INCONVENIENTES: Menor precisión.
Termometría de radiación
Intensidad de radiación emitida por un 
cuerpo.
VENTAJAS: permite obtener la Tª de 
grandes superficies, incluso realizan 
mapas de Tª. Cte de tiempo de lectura 
baja.
INCONVENIENTES: Tª superficial.
LEY de 
PLANCK
ECUACIÓN TÉRMICA DE 
ESTADO
Para poder aplicar un BALANCEENERGÉTICO a un Sª es preciso conocer 
sus propiedades y como se relacionan entre 
sí.
Cualquier función, obtenida teórica o 
experimentalmente, que relaciona las 
variables termodinámicas de estado de un 
cuerpo o sistema.
Para un sistema termodinámico simple (un 
gas), la ecuación térmica será:
P=P(V,T)
Siendo P la presión del gas, V el volumen del 
gas y T la temperatura absoluta.
El conocimiento de las ecuaciones 
ENERGÉTICAS y TÉRMICAS de un Sª es 
fundamental para realizar el estudio 
termodinámico del mismo, ya que 
apoyándose en ellas y en los dos primeros 
principios de la termodinámica pueden 
obtenerse todas las propiedades 
termodinámicas de un sistema.
-Experimentalmente
-Teóricamente
COEFICIENTES TÉRMICOS DE 
UN SISTEMA
Expresan variaciones parciales en el 
comportamiento térmico de una sustancia.
Se determinan experimentalmente a partir de 
la ECUACIÓN TÉRMICA DE ESTADO.
COEFICIENTE DE DILATACIÓN 
ISÓBARO (O TÉRMICO)
Expresa la variación relativa del volumen con la Tª a presión cte.
COEFICIENTE PIEZOTÉRMICO
Expresa la variación relativa de la presión con la Tª a volumen 
constante.
COEFICIENTE DE 
COMPRESIBILIDAD ISOTERMO
Expresa la variación relativa del volumen con la presión, cambiada 
de signo, a Tª constante.
COEFICIENTE DE 
COMPRESIBILIDAD ADIABÁTICO
Expresa la variación del volumen con la presión, a entropía 
constante. 
No se utiliza prácticamente.
RELACIÓN ENTRE LOS 
COEFICIENTES
INFORMACIÓN QUE PUEDEN 
PROPORCIONAR
Conocidos los coeficiente térmicos, evaluamos 
como afecta a una 3ª variable la variación de 
las otras dos: aplicación a variaciones entre 
P, V, T.
Integrando la expresión anterior obtenemos:
dV/V = β (P,T) – KT (P,T)
ECUACIÓN TÉRMICA DE ESTADO
FACTOR DE 
COMPRESIBILIDAD
Nos da una medida de la desviación del comportamiento de un 
gas respecto a un gas ideal. La ecuación de gas ideal es muy 
simple, por lo tanto, muy conveniente de usar.
Pero los gases se desvían de manera importante del 
comportamiento de gas ideal en estados cercanos a la región 
de saturación y el punto crítico. Esta desviación a temperatura
y presión específicas se explica con exactitud mediante la 
introducción de un factor de corrección llamado factor de 
compresibilidad Z, definido como:
Es evidente que Z = 1 para gases ideales, 
mientras que para los reales puede ser 
mayor o menor que la unidad. Cuanto más 
lejos se encuentra Z de la unidad, mayor es 
la desviación que el gas presenta respecto al 
comportamiento de gas ideal.
Los gases se comportan de manera diferente 
a determinadas temperatura y presión, pero 
se comportan de manera muy parecida a 
temperaturas y presiones normalizadas 
respecto a sus temperaturas y presiones 
críticas. La normalización se efectúa como
En la que PR es la presión reducida y TR la 
temperatura reducida. El factor Z para todos 
los gases es aproximadamente el mismo a 
iguales presión y temperatura reducidas, lo 
cual recibe el nombre de principio de estados 
correspondientes. Al parecer los gases 
obedecen bastante bien el principio de 
estados correspondientes.
	INTRODUCCION
	TERMODINÁMICA
	Número de diapositiva 3
	SISTEMAS TERMODINÁMICOS
	Número de diapositiva 5
	ENTORNO, PARED (FRONTERA)
	Número de diapositiva 7
	TIPOS DE SISTEMAS
	TIPOS DE SISTEMAS
	Sistema aislado
	TIPOS DE SISTEMAS
	PROPIEDADES
	NO PROPIEDADES
	ESTADO, PROCESO
	CICLO TERMODINAMICO
	PROPIEDADES EXTENSIVAS E INTENSIVAS
	PROPIEDADES EXTENSIVAS E INTENSIVAS
	Número de diapositiva 18
	FASE, SUSTANCIA PURA
	Número de diapositiva 20
	EQUILIBRIO
	Número de diapositiva 22
	Número de diapositiva 23
	Procesos isobáricos, isocóricos e isotérmicos
	PRINCIPIO CERO
	EQUILIBRIO
	EQUILIBRIO TÉRMICO
	Número de diapositiva 28
	PRINCIPIO CERO
	Temperatura
	PROCESOS ISOTERMOS Y ADIABÁTICOS
	Medida y cuantificación de la Tª
	Termómetro 
	Termómetro 
	Número de diapositiva 35
	El termómetro de gas. La Tª de gas ideal.
	Número de diapositiva 37
	Número de diapositiva 38
	Escala de Tª de gas.
	Asignación de valores numéricos a los niveles de Tª con el termómetro de gas.
	Número de diapositiva 41
	Número de diapositiva 42
	Número de diapositiva 43
	Escala KELVIN
	Escalas CELSIUS, RANKINE y FAHRENHEIT
	Número de diapositiva 46
	Termometría de contacto
	Número de diapositiva 48
	Termopar�
	Termometría de radiación
	ECUACIÓN TÉRMICA DE ESTADO
	Número de diapositiva 52
	Número de diapositiva 53
	Número de diapositiva 54
	COEFICIENTES TÉRMICOS DE UN SISTEMA
	COEFICIENTE DE DILATACIÓN ISÓBARO (O TÉRMICO)
	COEFICIENTE PIEZOTÉRMICO
	COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD ISOTERMO
	COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD ADIABÁTICO
	RELACIÓN ENTRE LOS COEFICIENTES
	INFORMACIÓN QUE PUEDEN PROPORCIONAR
	Número de diapositiva 62
	ECUACIÓN TÉRMICA DE ESTADO DEL GAS IDEAL Y DEL GAS REAL
	GASES REALES
	Número de diapositiva 65
	ECUACIÓN DE VAN DER WAALS
	ECUACIÓN DE CLAUSIUS
	Número de diapositiva 68
	FACTOR DE COMPRESIBILIDAD
	Número de diapositiva 70
	Número de diapositiva 71
	Número de diapositiva 72
	Número de diapositiva 73
	Número de diapositiva 74
	Número de diapositiva 75
	PROBLEMA 6
	Número de diapositiva 77
	Número de diapositiva 78
	Número de diapositiva 79
	Número de diapositiva 80
	Número de diapositiva 81
	PARA GAS PROPANO A 11 BAR Y 100ºC:
	Número de diapositiva 83
	Número de diapositiva 84
	Número de diapositiva 85
	Número de diapositiva 86