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TERMODINÁMICA

Puede definirse como el tema de la Física y de la Química que estudia los procesos en los que se transfiere energía como calor y como trabajo.

Sabemos hay trabajo cuando la energía se transfiere de un cuerpo a otro por medios mecánicos. El calor se define como una transferencia de energía debida a una diferencia de temperatura, mientras que el trabajo es una transferencia de energía que no se debe a una diferencia de temperatura.

Al hablar de termodinámica, con frecuencia se usa el término "sistema". Por sistema se entiende un objeto o conjunto de objetos que deseamos considerar. El resto, lo demás en el Universo, que no pertenece al sistema, se conoce como su "ambiente". Se consideran varios tipos de sistemas. En un sistema cerrado no entra ni sale masa, contrariamente a los sistemas abiertos donde sí puede entrar o salir masa. Un sistema cerrado es aislado si no pasa energía en cualquiera de sus formas por sus lados.

Previo a profundizar en este tema de la termodinámica, es imprescindible establecer una clara distinción entre tres conceptos básicos: temperatura, calor y energía interna. Como ejemplo ilustrativo, es conveniente recurrir a la teoría cinética de los gases, en que éstos sabemos están constituidos por numerosísimas moléculas en permanente choque entre sí.

La temperatura.- es una medida de la energía cinética media de las moléculas individuales.

 El calor.- es una transferencia de energía, como energía térmica, de un objeto a otro debida a una diferencia de temperatura.

La energía interna.- es la energía total de todas las moléculas del objeto, o sea incluye energía cinética de traslación, rotación y vibración de las moléculas, energía potencial en moléculas y energía potencial entre moléculas.

Primera Ley de la Termodinámica

Establece que  la energía no se crea, ni se destruye, sino que se conserva. Entonces esta ley expresa que, cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinámico, el calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa.

Es decir Q = W, en que Q es el calor suministrado por el sistema al medio ambiente y W el trabajo realizado por el medio ambiente al sistema durante el ciclo.

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:

Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.

• ·        DIAGRAMA DE FLUJO
• 
  

•                ALGORITMO  

1) Inicio del Algoritmo

2) Declaración

              Q, W ß Racionales

3) Asignación

           Q ß 200KCAL

           W ß 40N

4) Proceso

           U ß Q – W

5) Resultado

           U

6) Fin del Algoritmo

Segunda Ley de la Termodinámica

Enunciado de Kelvin Planck           

No existe máquina que trasforme el calor absorbido  por el foco caliente en trabajo netamente. Entonces no existe maquina térmica cuya eficiencia sea el 100%.

Enunciado de Clausius

Para obtener un foco frio y liberarlo a un foco caliente es necesario ejercer  un trabajo sobre el sistema, caso contrario sería imposible.

      Es una de las leyes más importantes de la física; aun pudiéndose formular de muchas maneras todas lleva a la explicación del concepto de irreversibilidad y al de entropía.

El segundo principio de la termodinámica dictamina que la materia y la energía no se pueden crear ni destruir, sino que se transforman, y establece el sentido en el que se produce dicha transformación. Sin embargo, el punto capital del segundo principio es que, como ocurre con toda la teoría termodinámica, se refiere única y exclusivamente a estados de equilibrio. Toda definición, corolario o concepto que de él se extraiga sólo podrá aplicarse a estados de equilibrio, por lo que, formalmente, parámetros tales como la temperatura o la propia entropía quedarán definidos únicamente para estados de equilibrio. Así, según el segundo principio, cuando se tiene un sistema que pasa de un estado de equilibrio A a otro B, la cantidad de entropía en el estado de equilibrio B será la máxima posible, e inevitablemente mayor a la del estado de equilibrio A.  

Evidentemente, el sistema sólo hará trabajo cuando esté en el tránsito del estado de equilibrio A al B y no cuando se encuentre en uno de estos estados. Sin embargo, si el sistema era cerrado, su energía y cantidad de materia no han podido variar; si la entropía debe de maximizarse en cada transición de un estado de equilibrio a otro, y el desorden interno del sistema debe aumentar, se ve claramente un límite natural: cada vez costará más extraer la misma cantidad de trabajo, pues según la mecánica estadística el desorden equivalente debe aumentar exponencialmente.

Qc= Energía que se absorbe (el subíndice C se refiere a caliente)
Qf= Energía que se sede  (el subíndice F se refiere a frío)
ΔU = "Cero" Debido a que la sustancia de trabajo se lleva a través de un ciclo, su energía interna inicial y final es la misma, por lo que la variación de energía interna es cero.

Por lo tanto el trabajo es:

Donde Qc y Qf se toman como cantidades positivas. Si la sustancia de trabajo es un gas, el trabajo neto realizado en un proceso cíclico es igual al área encerrada por la curva que representa a tal proceso.

Eficiencia térmica o Rendimiento:
La eficiencia térmica, e (o simplemente eficiencia), de una máquina térmica se define como la razón entre el trabajo neto realizado y el calor absorbido durante un ciclo:

• ·          DIAGRAMA DE FLUJO
• 
  

• ·        ALGORITMO

1) Inicio del Algoritmo

2) Declaración

              Qc, Qf, T ß Racionales

3) Asignación

           Qc   ß729kcal

           Qf    ß283kcal

           T     ß192s

4) Proceso

          W = Qc – Qf

           E = W/Qc

           S = Qc /T

5) Resultado

                   W, E, S

6) Fin del Algoritmo