COLEGIO SAN JOSE
3º Medio Diferenciado
¿Qué relación presentan estas imágenes
con la termodinámica?
Comemos
alimentos
Para mantener nuestras funciones
biológicas
Para producir energía eléctrica
Quemamos
combustibles
Usamos cubitos
de hielo
Usamos calor
Para calentar nuestras casas
Para generar potencia en
aviones, trenes, automóviles.
Para enfriar bebidas
Para convertir masa cruda en
pan horneado
Todos estos ejemplos nos indican que las reacciones
químicas tienen algo en común:
Las reacciones químicas implican cambios de energía.
La combustión de la
gasolina libera
energía
La separación del agua en
hidrógeno y oxígeno,
requiere energía
El estudio de la energía y sus transformaciones se conoce
como TERMO DINÁMICA
Therme
“calor”
Dynamis
“Potencia”
Conservación de la energía

Si, por ejemplo, una niña
desciende por un
tobogán, la energía
potencial que tenía
cuando estaba arriba se
convertirá en energía
cinética al descender. En
el caso del patinador de
la ilustración siguiente, la
energía cinética y la
potencial se van
transformando una en
otra según se mueve de
un lado para otro.
En ocasiones podemos creer que la energía
desaparece cuando no descubrimos en qué se ha
convertido. Por ejemplo, cuando un automóvil frena, la
energía cinética que tenía el coche se convierte
fundamentalmente en calor y aumenta la temperatura
del sistema de frenado, de los neumáticos y del asfalto;
también, con el rozamiento con el aire se genera calor.
Otro tipo de energía que, como el calor, se disipa en
muchos procesos es el ruido (energía sonora).
La palabra termodinámica proviene de los vocablos griegos
thermos (calor) y dynamis (potencia), que describe los primeros
esfuerzos por convertir el calor en potencia. Hoy día el mismo
concepto abarca todos los aspectos de la energía y sus
transformaciones, incluidas la producción de potencia, la
refrigeración y las relaciones entre las propiedades de la materia.
La termodinámica estudia la energía, la transformación entre
sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad
para producir un trabajo. Está íntimamente relacionada con la
mecánica estadistica de la cual se pueden derivar numerosas
relaciones termodinámicas estudiando los sistemas físicos a
nivel macroscópico.
Los orígenes de la Termodinámica como ciencia podrían
establecerse en la época de la invención del termómetro, que
se atribuye a Galileo
En reacciones que se desarrollan bajo condiciones
controladas, la medición de las variaciones de temperatura
permite deducir los intercambios de calor (calores de
reacción).
La invención del termómetro
se atribuye a Galileo, aunque
el termómetro sellado no
apareció hasta 1650.
Este área de estudio se
desarrolló mucho con la
revolución industrial
Interesaba conocer las
relaciones entre calor, trabajo y
el contenido energético de los
combustibles.
Maximizar el rendimiento de las
máquinas de vapor
Científicos que
destacaron por la realización de investigaciones y
descubrimientos muy relevantes
en relación a la Termodinámica fueron, entre otros,
Boltzmann, Carnot, Clapeyron,
Clausius, Gibbs, Helmholtz, Hess, Joule, Kelvin, Maxwell…
Estados de un sistema




Sistema: Es lo que se desea estudiar, es una
parte específica del universo.
Entorno: Es todo lo que rodea al sistema material.
Limite o frontera: Separación del sistema, real o
imaginaria, con su entorno.
Universo: Es el sistema mas el entorno.
Un sistema termodinámico es un aparte del sistema que se aísla,
mediante límites reales o ficticios, para su estudio. Todo lo que
rodea al sistema, pudiendo o no relacionarse con él, se llama
entono. El conjunto del sistema con el entorno forma el
universo.
La parte del sistema que interacciona con el sistema se le conoce como
alrededor. Las interacciones entre el sistema con sus alrededores esta
caracterizada por los intercambios de energía y masa, en sus diversas formas,
la energía puede intercambiarse por medios mecánicos o no mecánicos, esto
es por procesos de calentamiento o enfriamiento
Es aquella superficie real o imaginaria que separa al sistema de sus
alrededores se le conoce como frontera. La frontera de un sistema es fija o
móvil; la frontera es la superficie de contacto compartida tanto por el sistema
como sus alrededores. Se puede llegar a clasificar en tres tipos
a) Rígida o móvil
b) Permeable e Impermeable
c) Real o Imaginaria
¿Cuál es la diferencia entre
sistema, limite y entorno?


El sistema es lo que se
desea estudiar considerando
las propiedades que tiene.
El entorno es la zona en la
que se produce el
intercambio de algún
atributo con el sistema. A la
separación del sistema, real
o imaginaria con su entorno
se llama límite del sistema.
A grandes rasgos los sistemas cerrados son aquellos que pueden intercambiar energía,
aunque no materia, con los alrededores. Los sistemas abiertos son aquellos que pueden
intercambiar materia y energía, y finalmente se conocen como sistemas aislados a todo
sistema que incapaz de poder intercambiar materia o energía.
Termodinámica: conceptos básicos
Para definir un proceso termodinámico basta establecer
la diferencia entre el estado final y el estado inicial de
sus propiedades macroscópicas, las cuales se llaman
funciones de estado, como
 temperatura
 presión
 volumen
Estado termodinámico: es la condición en la que se
encuentra el sistema.
Cada estado termodinámico se define por un conjunto
de sus propiedades macroscópicas llamadas funciones
de estado.
Funciones de estado
Las funciones de estado sólo dependen del estado
inicial y del estado final y no dependen de cómo ocurrió
el proceso.
Las funciones de estado son:
T = temperatura
E = energía interna
G = energía libre
P = presión
H = entalpía
V = volumen
S = entropía
Las funciones de estado se escriben con mayúsculas.
Otras funciones que dependen de cómo se realice el
proceso no son termodinámicas y se escriben con
minúsculas.
Estas son:
q = calor w = trabajo
Variables termodinámicas y
funciones de estado
VARIABLES DE ESTADO
Son magnitudes
macroscópicas observables
y medibles, como la
presión, volumen,
temperatura, masa o
número de moles.
Se clasifican en
Variables extensivas e
intensivas.
FUNCIONES DE ESTADO
Presentan un valor definido
y único para cada estado
del sistema, sin importar los
pasos intermedios que se
siguen para alcanzarlo; solo
dependen del estado inicial
y final del sistema.
Clasificación variables de estado
VARIABLES
EXTENSIVAS
Dependen de la
cantidad de materia, y
su valor no se puede
definir en cualquier
punto del sistema. Por
Ejemplo masa,
-´-volumen y calor

VARIABLES
INTENSIVAS
Son independientes de
la cantidad de materia
y su valor se puede
determinar en
cualquier punto del
sistema. Por ejemplo:
densidad,
temperatura, presión.

Energía interna y temperatura
Energía interna: es la capacidad de un sistema para
realizar un trabajo. Tiene que ver con la estructura del
sistema. Se debe a la energía cinética de las moléculas, la
energía de vibración de los átomos y a la energía de los
enlaces. No se puede conocer su valor absoluto, sólo la
diferencia al ocurrir un cambio en el sistema: DE.
Es una función de estado.
Temperatura (T): es una función de estado
y corresponde a la medida de la energía cinética de las
moléculas de un sistema.
Calor y trabajo
Calor (q): es la energía transferida entre el sistema
y su ambiente debido a que existe entre ambos una
diferencia de temperatura. No es una función de estado.
Calor y trabajo
Trabajo (w): es la energía transferida entre el sistema y su
ambiente a través de un proceso equivalente a elevar un
peso. No es una función de estado.
Tipos de trabajo: expansión, extensión, elevación de un
peso, eléctrico, etc.
Temperatura y Calor
Es preciso entender tres aspectos
importantes de la energía térmica y la
temperatura:
 El calor no es lo mismo que temperatura
 A medida que una sustancia tiene mas
energía térmica, el movimiento de sus
átomos y moléculas es mayor.
 La energía térmica total de un objeto es la
suma de las energías individuales de todos
los átomos, moléculas o iones de dicho
objeto.

La transferencia de calor
siempre se produce del
objeto más caliente al mas
frío.
 La transferencia de calor
continua hasta que ambos
objetos encuentran la
misma temperatura.
 La cantidad de calor que
pierde el objeto más caliente
y la que gana el objeto más
río, cuando están en
contacto, son
numéricamente iguales.

Equilibrio
Térmico
Regla de signos
Si un sistema absorbe o cede calor, y asimismo, recibe o desarrolla
trabajo, éstos deberán asociarse con un signo, el cual se elegirá
según la siguiente convención:
Corresponde al principio de conservación de la
energía.
“La energía del universo no se puede crear ni destruir,
sólo son posibles las transformaciones de un tipo de
energía en otro”.
Q = ∆U-W
D U = U f - Ui
D U = Q+W
DU = cambio de U interna de
un sistema
Uf = U interna final
Ui = U interna inicial
Q = Trabajo
DU = Q+W
1.Calcular la variación de energía interna
para un sistema que ha absorbido 2990 J
y realiza un trabajo de 4000 J sobre su
entorno.
∆U = Q+W
∆U = 2.990J +(-4000J)
∆U =-1.010 J
El sistema ha disminuido su energía
interna en 1.010 J.
Ejercicios
1.Calcular la variación de energía interna
para un sistema que ha absorbido 5000 J
y realiza un trabajo de 3000 J sobre su
entorno.
∆U = Q+W
∆U = 5.000J +(-3000J)
∆U = 2000 J
2.Calcular la variación de energía interna
para un sistema que ha liberado 2.590 J
y el trabajo es realizado por las fuerzas
exteriores sobre el sistema, siendo el
valor del trabajo 3.560 J.
∆U = Q+W
∆U = -2590J +(+3560J)
∆U = +978 J
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