Este documento trata sobre la termodinámica y sus principios fundamentales. La termodinámica estudia las transformaciones del calor en energía mecánica y viceversa. Se define la energía interna de un sistema y los conceptos de calor, calor específico y trabajo. Se describen las transformaciones isotérmicas, isobáricas, isocóricas y adiabáticas de los gases ideales. Finalmente, se presentan los primero y segundo principios de la termodinámica.

1. TermodinámicaTermodinámica
Parte de la ciencia que estudiaParte de la ciencia que estudia
las transformaciones dellas transformaciones del calor
enen energíaenergía mecánica y viceversamecánica y viceversa

2. 1.Energía interna U1.Energía interna U
Todas las partículas elementales de un cuerpoTodas las partículas elementales de un cuerpo
poseen una cierta energía, (mov. Giratorio,poseen una cierta energía, (mov. Giratorio,
orbital, enlaces químicos) etc.orbital, enlaces químicos) etc.
La suma de todas estas energías cinéticas seLa suma de todas estas energías cinéticas se
denominadenomina energía interna.energía interna.
En un sistemaEn un sistema UU depende sólo del estado físicodepende sólo del estado físico
del material: constitución, presión, volumen ydel material: constitución, presión, volumen y
temperatura.temperatura.
La U es imposible de determinar, pero siLa U es imposible de determinar, pero si
cuantificar sus variacionescuantificar sus variaciones
TU ∆=∆

3. 2. Calor2. Calor
Energía que se transfiere de un objeto aEnergía que se transfiere de un objeto a
otro debido a una diferencia deotro debido a una diferencia de
temperatura.temperatura.
C = [J/ºK] 1cal=4.184 JC = [J/ºK] 1cal=4.184 J
Una caloría es el calor necesario paraUna caloría es el calor necesario para
elevar la temperatura de 1g de agua 1ºCelevar la temperatura de 1g de agua 1ºC
TCmQ e∆=
Calor
específico

4. Calor especificoCalor especifico
Calor especifico a presión = cte. (cCalor especifico a presión = cte. (cpp))
Cantidad de calor necesaria para que 1 mol de un gas eleveCantidad de calor necesaria para que 1 mol de un gas eleve
la temperatura 1ºk manteniendo cte. Lala temperatura 1ºk manteniendo cte. La
presiónpresión
Calor especifico a volumen = cte. (cCalor especifico a volumen = cte. (cvv))
Cantidad de calor necesaria para que 1 mol de un gas eleveCantidad de calor necesaria para que 1 mol de un gas eleve
la temperatura 1ºk manteniendo cte. Ella temperatura 1ºk manteniendo cte. El
volumenvolumen
Coeficiente adiabáticoCoeficiente adiabático
TncQ p∆=
TncQ v∆=
v
p
c
c
=γ
cp – cv = R = 2 cal/mol.ºk

5. Calor. Convenio de signosCalor. Convenio de signos
Sistema Q<0Q>0
Calor absorbido
por el sistema
Calor cedido
por el sistema

6. Trabajo. Convenio de signosTrabajo. Convenio de signos
Sistema W>0W<0
Trabajo absorbido
por el sistema
Trabajo realizado
por el sistema

7. Primer principio de laPrimer principio de la
TermodinámicaTermodinámica
En un sistema cerrado* la diferenciaEn un sistema cerrado* la diferencia
entre el calor intercambiado y elentre el calor intercambiado y el
trabajo realizado por el sistema es untrabajo realizado por el sistema es un
valor cte.valor cte.
∆∆ energía Intenergía Int.. Trabajo RealizadoTrabajo Realizado
Calor absorbidoCalor absorbido
La U de un sistema aumenta cuando recibeLa U de un sistema aumenta cuando recibe
Energía (Q ó W) y disminuye cuando la pierdeEnergía (Q ó W) y disminuye cuando la pierde
WQU −=∆

8. EjerciciosEjercicios
Calcular el ∆U en los siguientes casos:Calcular el ∆U en los siguientes casos:
a) Motor térmico.a) Motor térmico.
Absorbe 1000 cal y realiza W=200JAbsorbe 1000 cal y realiza W=200J
b) Agitar un fluido en un recipiente.b) Agitar un fluido en un recipiente.
El sistema recibe 200JEl sistema recibe 200J
c) Compresor de aire.c) Compresor de aire.
El sistema cede 500 cal. Y recibe 200JEl sistema cede 500 cal. Y recibe 200J

9. Transformaciones cíclicasTransformaciones cíclicas
El ciclo termodinámico es el conjunto deEl ciclo termodinámico es el conjunto de
Transf. Termod. Que recibe un fluido enTransf. Termod. Que recibe un fluido en
el interior de una máquina térmica, deel interior de una máquina térmica, de
forma que comienza y termina en unforma que comienza y termina en un
mismo punto. ∆U = 0mismo punto. ∆U = 0
WW
Q1 Q2Q1 Q2
foco calientefoco caliente T1 › T2T1 › T2 focofoco friofrio
T1 T2
si W + el sistema realiza trabajo
∆U=0 Q1-Q2=W si W – el sistema recibe trabajo

10. Transformaciones cíclicas en un sistema gaseosoTransformaciones cíclicas en un sistema gaseoso
Los ciclos termod. Que describen los fluidos enLos ciclos termod. Que describen los fluidos en
las máquinas térmicas son bastantes complejos.las máquinas térmicas son bastantes complejos.
Para facilitar su estudio se idealizan en unasPara facilitar su estudio se idealizan en unas
transformaciones en las que se supone quetransformaciones en las que se supone que
algún parámetro se mantiene cte.algún parámetro se mantiene cte.
AA presiónpresión ctecte IsobáricaIsobárica
AA volumenvolumen cte.cte. IsocóricaIsocórica
AA temp.temp. cte.cte. IsotérmicaIsotérmica
AA calorcalor cte.cte. AdiabáticaAdiabática
AA calor especificocalor especifico cte.cte. PolitrópicaPolitrópica
Aplicamos en cada caso la ecuación de
los gases ideales PV = nRT

11. Transformación isobáricaTransformación isobárica
IsóbaraIsóbara  P=cteP=cte
VV22 ›› VV1 el gas realiza1 el gas realiza
trabajotrabajo
p
VV1 V2
)( 12 TTnCQ p −=
TnRVVpW ∆=−= )( 12
)( 12 TTnCU v −=∆

12. Transformación IsocóricaTransformación Isocórica
V=cteV=cte
Al no haber ∆ vol. W=0 Todo el calor seAl no haber ∆ vol. W=0 Todo el calor se
transforma en ∆Utransforma en ∆U
p
V
P1
P2
)( 12 TTnCUQ v −=∆=
0=W

13. Transformación isotérmicaTransformación isotérmica
T =cteT =cte
pp11vv11=p=p22vv22=nRT=nRT
p
VV1
V2
1
2
ln
V
V
nRTW =
0=∆U
2
1
11
1
2
lnln
P
P
VP
V
V
nRTWQ ===

14. Transformación AdiabáticaTransformación Adiabática
Q = 0Q = 0
p
VV1
V2
0=Q
)( 12 TTCUW v −−=∆−=
1
22
1
11
2211
−−
=
=
γγ
γγ
VTVT
VPVP
v
p
C
C
=γ
Ecuación de la adiabática
Coeficiente
adiabático

15. Resumen de transformacionesResumen de transformaciones

16. EjerciciosEjercicios
Transf. Isobárica
Transf. Isocórica
Transf. Isotérmica

17. 2º principio de la2º principio de la
termodinámicatermodinámica
Algunas cuestiones sobre las transformacionesAlgunas cuestiones sobre las transformaciones
de calor en trabajo y viceversa, no quedande calor en trabajo y viceversa, no quedan
resueltas por el 1º principio.resueltas por el 1º principio.
¿Seria posible un motor térmico que transformase todo¿Seria posible un motor térmico que transformase todo
el calor recibido en trabajo?el calor recibido en trabajo?
O una maq. Frigorífica que transportara calor del focoO una maq. Frigorífica que transportara calor del foco
frio al caliente sin consumir trabajo.?frio al caliente sin consumir trabajo.?
Un trasatlántico que realice trabajo (desplazarse) aUn trasatlántico que realice trabajo (desplazarse) a
costa del calor del agua, devolviéndolo en forma decosta del calor del agua, devolviéndolo en forma de
hielo.hielo.
Experimentalmente se sabe que estas máquinasExperimentalmente se sabe que estas máquinas
son imposibles de construirson imposibles de construir
∆U = Q-W

18. 2º principio de la2º principio de la
termodinámicatermodinámica
Varios enunciados:Varios enunciados:
Es imposible la transmisión del calor delEs imposible la transmisión del calor del
foco frio al caliente sin consumirfoco frio al caliente sin consumir
trabajo. (Clasius)trabajo. (Clasius)
Es imposible transformar en trabajo laEs imposible transformar en trabajo la
totalidad del calor en una máquinatotalidad del calor en una máquina
Térmica. (Carnot)Térmica. (Carnot)

19. Máquinas TérmicasMáquinas Térmicas
Motor térmicoMotor térmico
W=QW=Q11 – Q– Q22 ηη=W/Q=W/Q11
QQ11
TT11 › T› T22 WW
QQ22
Máquina frigoríficaMáquina frigorífica
QQ11=Q=Q22 + W+ W ЄЄ=Q=Q22/W/W
QQ11
TT11 › T› T22 WW
QQ22
T1
T2
M
T1
T2
Mf