ENTROPIA

 Entropía

En un ciclo reversible de Carnot siempre se cumple
 

Se puede aproximar un ciclo reversible cualesquiera (en color negro) por una línea discontinua en forma de diente de sierra formada por adiabáticas (color azul) e isotermas (color rojo) tal como se muestra en la figura.Se cumplirá entonces que

Si los ciclos son infinitesimales, entonces

Se define entropía como una función de estado y por lo tanto, la variación de entropía a lo largo de un camino cerrado es 0

Las variaciones de entropía en la transformación 1-2 es

Si la temperatura T es constante, la variación de entropía es el cociente entre el calor y la temperatura.

En un ciclo reversible, la variación de entropía es cero. En todo proceso irreversible la variación de entropía es mayor que cero.
Hemos obtenido una fórmula que nos permite calcular las variaciones de entropía, su interpretación la hemos proporcionado en una simulación de la tendencia hacia el estado de equilibrio de un sistema aislado de partículas interactuantes.
La Segunda ley afirma que la entropía de un sistema aislado nunca puede decrecer. Cuando un sistema aislado alcanza una configuración de máxima entropía, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio.

Variaciones de entropía en procesos irreversibles

Para calcular las variaciones de entropía de un proceso real (irreversible) hemos de recordar que la entropía (como la energía interna) depende solamente del estado del sistema. Una variación de entropía cuando el sistema pasa de un estado A a otro B de equilibrio depende solamente del estado inicial A y del estado final B.

Para calcular la variación de entropía ΔS de un proceso irreversible entre dos estados de equilibrio, imaginamos un proceso reversible entre el estado inicial A y el estado final B y calculamos para este proceso

Como veremos en los ejemplo, la variación de entropía ΔS es siempre positiva para el sistema y sus alrededores en un proceso irreversible.

La entropía de un sistema aislado que experimenta un cambio siempre se incrementa. En un proceso reversible la entropía del sistema aislado permanece constante.

Conducción térmica

 

En el proceso de conducción del calor, el sistema está formado por un foco caliente a la temperatura T_a conectado mediante una barra a un foco frío a la temperatura T_b. La barra hecha de un material conductor del calor está perfectamente aislada. Se transfiere a través de la barra una cantidad de calor Q del foco caliente al foco frío. Como el foco frío absorbe calor, su entropía aumenta enQ/T_b. Al mismo tiempo, como el foco caliente pierde calor su variación de entropía es -Q/T_a

 Como T_a>T_b, la variación de entropía del sistema formado por la barra y los dos focos es positivo

2º LEY DE LA TERMODINAMICA

Segundo Principio de la Termodinámica

El Primer Principio no es suficiente para definir la Termodinámica, por lo que el Segundo Principio impone una condición adicional a los procesos termodinámicos. Así, según el primer principio, el motor de un barco podría tomar el calor del mar para moverlo, situación que es completamente imposible. Esta imposibilidad viene definida por dos enunciados equivalentes. Enunciados de Clausius y Kelvin-Planck Enunciado de Clausius No es posible un proceso cuyo único resultado sea la transferencia de calor de un cuerpo de menor temperatura a otro de mayor temperatura. Enunciado de Kelvin-Planck No es posible un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor procedente de un foco y la conversión de este calor en trabajo. Equivalencia entre el enunciados de Clausius y de Kelvin-Planck Las dos figuras que vienen a continuación nos muestran de forma gráfica la equivalencia de los enunciados de Clausius y de Kelvin-Planck. El conjunto de una máquina que transfiera calor del foco frío al caliente (Clausius) combinado con un motor nos dan como resultado una máquina que absorbe calor de una sola fuente y lo transforma íntegramente en trabajo (Kelvin-Planck). El conjunto de una máquina frigorífica con un móvil perpetuo (Kelvin-Planck) da lugar a una máquina que absorbe calor de una fuente fría y lo cede a una fuente caliente sin que se aporte trabajo (Clausius) Límite en el rendimiento de un motor real Todas las máquinas que funcionan reversiblemente entre los mismos focos tienen el mismo rendimiento térmico, cuya fórmula hemos obtenido en el estudio del ciclo de Carnot y que como hemos visto, depende únicamente del cociente entre las temperaturas del foco frío T2  y del foco caliente T1. En la figura, se demuestra que no puede existir un motor cuyo rendimiento sea mayor que el de Carnot operando entre las misma temperaturas. Dicho motor hipotético absorbe un calor Q'1 del foco caliente, realiza un trabajo W' y cede un calor Q2 al foco frío. Parte de dicho trabajo W se emplea en accionar un frigorífico que absorbe un calor Q2 del foco frío y cede un calor Q1 al foco caliente. Como podemos apreciar en la figura la combinación del motor hipotético de mayor rendimiento que el de Carnot con un frigorífico da lugar a la imposibilidad enunciada por Kelvin-Planck

El rendimiento de la máquina ideal de Carnot  (recuérdese que Q2<0 es calor cedido) es El rendimiento de una máquina real hipotética es Si , lo que conduce al enunciado de Kelvin-Planck El rendimiento de un motor de Carnot es el valor límite que teóricamente alcanzaría la máquina reversible, de forma que el rendimiento térmico de una maquina real es inferior a ese límite. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

1º LEY DE LA TERMODINAMICA

Primera Ley de la Termodinámica

La primera ley de la termodinámica, es la aplicación del principio de conservación de la energía, a los procesos de calor y termodinámico:

La primera ley hace uso de los conceptos claves de energia interna, calor, y trabajo sobre un sistema. Usa extensamente el estudio de los motores termicos. La unidad estándar de todas estas cantidades es el julio, aunque algunas veces se expresan en calorías o BTU.

En los textos de Química es típico escribir la primera ley como ΔU=Q+W. Por supuesto que es la misma ley, -la expresión termodinámica del principio de conservación de la energía-. Exactamente se define W, como el trabajo realizadosobre el sistema, en vez de trabajo realizado por el sistema. En un contexto físico, el escenario común es el de añadir calor a un volumen de gas, y usar la expansión de ese gas para realizar trabajo, como en el caso del empuje de un pistón, en un motor de combustión interna. En el contexto de procesos y reacciones químicas, suelen ser mas comunes, encontrarse con situaciones donde el trabajo se realiza sobre el sistema, mas que el realizado por el sistema.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

 Fluidos

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1. Hidrostática. Principio de Pascal. Principio de Arquímedes.

Conceptos básicos de hidrodinámica:

 Una importante propiedad de una sustancia es la densidad, que la definiremos como el cociente de la masa y el volumen, 

En la mayoría de los materiales, incluida el agua, las densidades varían con la temperatura. 
Una unidad de volumen muy utilizada es el litro (L):

 Cuando un cuerpo se sumerge en un fluido, éste ejerce una fuerza perpendicular a la superficie del cuerpo en cada punto de la superficie. Definiremos presión del fluido como esta fuerza por unidad de área

La unidad en el SI es el Newton por metro cuadrado, que recibe el nombre de Pascal:

Una de la unidades también común cuando se habla de presión, es la atmósfera (atm), que es aproximadamente la presión del aire a nivel del mar.

Un fluido que presiona contra un cuerpo, tiende a comprimirlo. 
El cociente entre el cambio de presión y la disminución relativa al volumen  se denomina módulo de compresibilidad

Algunos valores aproximados del módulo de compresibilidad  de varios materiales:

Diamante: 620
Acero: 160
cobre: 140
Aluminio: 70
Plomo: 7,7

calor y temperatura

Calor y temperatura

Calor

Al aplicar calor, sube la temperatura.

El calor es una cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo.

Cuando el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo. 

Temperatura

La temperatura es la medida del calor de un cuerpo (y no la cantidad de calor que este contiene o puede rendir).

Diferencias entre calor y temperatura

Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo, esto no es así. El calor y la temperatura están relacionadas entre sí, pero son conceptos diferentes.

Como ya dijimos, el calor es la energía total del movimiento molecular en un cuerpo, mientras que la temperatura es la medida de dicha energía. El calor depende de la velocidad de las partículas, de su número, de su tamaño y de su tipo. La temperatura no depende del tamaño, ni del número ni del tipo.

Por ejemplo, si hacemos hervir agua en dos recipientes de diferente tamaño, la temperatura alcanzada es la misma para los dos, 100° C, pero el que tiene más agua posee mayor cantidad de calor.

Misma temperatura, distinta cantidad de calor.

El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye.

La temperatura no es energía sino una medida de ella; sin embargo, el calor sí es energía.

Cambios de estado

En la naturaleza existen tres estados usuales de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Al aplicarle calor a una sustancia, esta puede cambiar de un estado a otro. A estos procesos se les conoce como Cambios de estado. Los posibles cambios de estado son:

-De estado solidó a liquido, llamado fusión.

-De estado liquido a solidó, llamado solidificación.

-De estado liquido a gaseoso, llamado vaporización

-De estado gaseoso a liquido, llamado condensación

-De estado solidó a gaseoso, llamado sublimación progresiva.

-De estado gaseoso a sólido, llamado sublimación regresiva.

fisica

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¿QUE ES LA FÍSICA? 

La física es una ciencia dedicada a la comprensión de los fenómenos naturales que ocurren en el universo. El objetivo principal del estudio científico es desarrollar teorías físicas basadas en leyes fundamentales que permitan predecir los resultados de algunos experimentos. Las leyes de la física tratan 

de describir los resultados de observaciones experimentales y de mediciones cuantitativas de los procesos naturales. La física es la ciencia más simple porque estudia los sistemas más simples. La física es la base de todas las demás ciencias.

La relación entre la física y la ingeniería es más directa que la que existe entre la física y cualquier

otra ciencia. En la ingeniería se trabaja con sistemas a los que se aplica inmediatamente los principios de la 

física. Cualquiera sea la rama de la ingeniería o de la ciencia a la que uno se dedique, va a encontrar a cada 

paso la aplicación de las nociones que aprendió en la física. Siempre se encontrarán útiles los conceptos específicos de la física, las técnicas que se emplean para resolver los problemas, la forma de pensar que 

se adquiere en el estudio de la física.