¡Descarga Hay preguntas para estudio y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Física solo en Docsity!
TERMODINÁMICA
Definición : La termodinámica es la ciencia que revela cómo la energía fluye y se transforma en el universo: explica cómo el calor se convierte en movimiento, cómo los sistemas cambian con la temperatura y por qué todo, desde un motor hasta tu propio cuerpo, funciona gracias al intercambio constante de energía. Es, en esencia, el lenguaje que describe cómo la naturaleza usa la energía para crear cambio.
Sistema termodinámico
Un sistema termodinámico se define como la porción del universo que se selecciona para su estudio, separada del entorno por límites reales o imaginarios. Todo análisis en termodinámica parte de identificar correctamente este sistema, ya que de ello dependen las interacciones que se pueden considerar. Los sistemas se clasifican en:
- Sistema abierto : intercambia materia y energía con el entorno.
- Sistema cerrado : intercambia energía, pero no materia.
- Sistema aislado : no intercambia ni materia ni energía con el entorno.
Leyes de la termodinámica
1. Primera ley de la termodinámica Establece el principio de conservación de la energía :
Δ U = Q − W
Donde:
ΔU : cambio en la energía interna
Q : calor transferido al sistema
W : trabajo realizado por el sistema
Esta ley indica que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. 2. Segunda ley de la termodinámica Introduce el concepto de entropía (S) , asociada al grado de desorden de un sistema.
Δ S =
Q
T
Esta ley establece que, en procesos naturales, la entropía total tiende a aumentar. 3. Tercera ley de la termodinámica Afirma que, al aproximarse al cero absoluto (0 K) , la entropía de un sistema tiende a un valor mínimo constante.
Esto implica que existe un límite fundamental al enfriamiento, un punto
donde el movimiento microscópico casi desaparece, pero nunca por completo.
Procesos termodinámicos
1. Proceso isotérmico (temperatura constante) La temperatura no cambia La energía interna permanece constante (en gases ideales)
PV = constante
Característica clave: El calor que entra al sistema se convierte completamente en trabajo. 2. Proceso isobárico (presión constante) La presión permanece constante Fórmulas importantes:
W = P ⋅ Δ V Q = mc Δ T
Característica clave: El volumen cambia mientras la presión se mantiene fija. 3. Proceso isocórico (volumen constante) El volumen no cambia
W = 0
Como no hay cambio de volumen: no hay trabajo todo el calor modifica la energía interna
Δ L : cambio de longitud
L 0 : longitud inicial
α : coeficiente de dilatación lineal
Δ T : cambio de temperatura
2. Dilatación superficial Se refiere al cambio en el área de un cuerpo.
Δ A = A 0 ⋅ β ⋅ Δ T
Donde:
A 0 : área inicial
β :^ coeficiente de dilatación superficial
3. Dilatación volumétrica Afecta el volumen total del objeto.
Δ V = V 0 ⋅ γ ⋅ Δ T
Donde:
V 0 : volumen inicial
γ : coeficiente de dilatación volumétrica
3.Calor
Definición : El calor es la energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura. No es algo que un cuerpo “tenga”, sino algo que se transfiere. Siempre fluye: del cuerpo más caliente al cuerpo más frío
Fórmula principal del calor
Q = mc Δ T
Donde: Q = calor (energía transferida) m = masa c = calor específico ΔT = cambio de temperatura Calor específico (c) Es la cantidad de calor que necesita una sustancia para aumentar su temperatura. Cada material se calienta diferente: El agua → se calienta lento El metal → se calienta rápido Calor latente (cambio de estado) Cuando una sustancia cambia de estado (sólido, líquido, gas), la temperatura no cambia , pero sí se transfiere calor.
Q = mL
Donde: L = calor latente Tipos: 🔹 Fusión (sólido → líquido) 🔹 Vaporización (líquido → gas) Formas de transferencia de calor 🔹 Conducción El calor pasa por contacto directo. Ejemplo: una cuchara que se calienta en una taza. 🔹 Convección El calor se transfiere por movimiento de fluidos (líquidos o gases). Ejemplo: el agua hirviendo. 🔹 Radiación El calor se transfiere sin contacto ni medio. Ejemplo: el calor del Sol.
4.Gases Ideales
ECUACION : P ⋅ V = ηRT
1. Presión y volumen (Ley de Boyle)
F : fuerza
k : constante del sistema
x : desplazamiento
El signo negativo indica que la fuerza va hacia el equilibrio. 🔹 Conceptos fundamentales
1. Posición de equilibrio Punto donde el sistema está en reposo si no hay perturbaciones. 2. Amplitud (A) Máxima distancia desde el equilibrio. Define qué tan “grande” es la oscilación. 3. Período (T) Tiempo que tarda en completar una oscilación. 4. Frecuencia (f) Número de oscilaciones por segundo:
f =
T
1. Movimiento Periódico
Es aquel en el que un cuerpo pasa por los mismas posiciones y con las mismas velocidades en intervalos de tiempo constantes.
2. Movimiento Oscilatorio
Es un movimiento de vaivén respecto a una posición central de equilibrio. Ecuación del movimiento Describe la posición en función del tiempo:
x ( t )= A cos ( ωt + ϕ )
Donde:
A : amplitud
ω : frecuencia angular
ϕ : fase inicial
Velocidad y aceleración
1. Velocidad
v =− Aω sin ( ωt + ϕ )
Máxima en el centro.
2. Aceleración
a =− ω
2
x
Siempre dirigida hacia el equilibrio. Energía en el MAS Energía total
E =
k A
2 Es constante. Transformación de energía En los extremos → energía potencial máxima En el centro → energía cinética máxima
La energía se transforma continuamente, pero no se pierde.
Casos importantes Resorte (masa-resorte) Período:
T = 2 π
m
k
Péndulo simple Período:
T = 2 π
L
g
