Térmica y termodinámica
Definiciones conceptuales y características
Bases teóricas
Gráficas
Aplicaciones y/o ejemplos
Conceptos térmicos
Temperatura
Unidad: Celsius °C
0°C ---> Punto de congelamiento del agua
100°C ---> Punto de ebullición del agua
Unidad: Kelvin (K)
T / K = t / °C + 273 ---> Convertir Celsius a Kelvin
Equilibrio térmico
Temperatura (T): Medida de energía cinértica media de una sustancia. Unidad: Kelvin
Si en un sistema hay dos cuerpos de temperaturas diferentes y se ponen en contacto, fluirá calor del cuerpo más caliente al más frío.
Luego de un tiempo suficiente, estáran en equilibrio térmico (temperatura igual).
Calor y Energía Interna
Calor (Q): Cantidad de energía cinética (térmica) que fluye de un cuerpo a otro. Unidad: Joule
Mayor movimiento de partículas = Mayor temperatura
Energía térmica (energía cinetica): Energía en la forma de energía cinética en los átomos de un material.
El cuerpo de mayor temperatura le pasa la energía térmica al de menos temperatura. (Más temp. al de menos temp.)
Uno pierde energía (menos temperatura) mientras que el otro gana energía (más temperatura).
Energía interna (U): Total de las energías cinética (térmica) y potencia del la sustancia. Unidad: Joule
Energía cinética surge del movimiento de moléculas (rotación y traslación).
Energía potencial surge de las fuerzas de atracción entre moléculas.
Calor Específico y Capacidad Calorífica
Calor específico (c): Cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de 1kg de la sustancia 1°C
Capacidad calorífica (C): Calor necesario para elevar la temperatura de un cuerpo en 1°C
Unidades: J°C-1 ó JK-1
Unidades: J KG-1°C-1
Fases (estados) de la materia y calor latente
Cambio de fase
La temperatura es directamente proporcional a la energía cinética.
Calor latente (L): Energía necesaria para un cambio de fase.
Unidad: J Kg-1
La gran mayoría de calor para un cambio de fase se va para romper los enlaces entre las moléculas (energía de unión o potencial), pero la energía cinética no varía (no hay ΔT).
Fases (estados) de la materia
Sólidos
Las partículas están muy unidas y vibran en su lugar.
Líquidos
Gases
Mayoría de energía cinética en forma de vibraciones, pero menos que en los sólidos.
Mayor energía potencial
Distancia entre partículas es 10 mayor que en los sólidos y líquidos.
Gases ideales
Gas hecho por partículas idénticas (muy pequeñas, valor cercano a 0). Sus interacciones solo son colisiones ocasionales y elásticas
Presión
Fuerza F actúa perpendicular mente sobre superficie de área A.
Unidad: N m-2
Q = m c ΔT
Q = mL
Modelización de un gas
p = F / A
n = N / NA
pV = nRT
Ley de los gases ideales
Presión
Calor
Energía cinética medio de una molécula de gas
Termodinámica
Q = ΔU + W
1ra ley
U = (3/2)* nRT
Energía interna
ΔS = ΔQ / T
2da ley (entropía)
pV^5/3 = constante (para gases monoatómicos)
Proceso adiabático
W = pΔV
Trabajo
η = trabajo útil efectuado / entrada de energía
Eficiencia ó rendimiento
Gráficas de los procesos termodinámicos
Gráfica de los cambios de estado
Equilibrio térmico: Una taza de café caliente transfiere su calor hacia su entorno y después de un tiempo ambos tienen la misma temperatura
pV = nRT
Conceptos térmicos
Para encontrar el valor de la presión, volumen, número de moles o la temperatura
R = 8,134 J mol-1 K-1 (cTe de los gases ideales)
n = m / M
n = número de moles; M = masa molar; m = masa
Se puede combinar con la ecuación: U = (3/2)* nRT
A partir de esta ecuación surgen ecuaciones para los diferentes procesos termodinámicos
P V / T = cTe
T constante ---> pV = cTe (isotérmico)
p constante ---> V1/T1 = V2/T2 (isobárico)
V constante ---> p1/T1 = p2/T2 (isocórico)
Energía cinética (térmica constante)
Q = m c ΔT
Q = mL
Pueden ser utilizadas para resolver ejercicios resolver ejercicios relacionados a los cambios de fase, considerando el calor específico de la sustancia y dependiendo si está está en un proceso de fusión, vaporización, etc.
Esto puede ser complementado con la gráfica para los cambios de fase para comprender mejor el ejercicio.