1. Teoría de los Gases
1.1. Modelo molecular de un gas ideal
1.1.1. Es una construcción teórica diseñada para representar un sistema que no puede observarse directamente por que es muy pequeño o muy grande
1.1.1.1. Por ejemplo: el sistema solar solo puede verse desde dentro, sin embargo se han creado replicas del sistema solar a escala para su estudio.
1.1.2. Teoría cinética
1.1.2.1. Componentes físicos
1.1.2.1.1. Todos los gases están compuestos por moléculas, que entre dichas moléculas hay un espacio relativamente grande, sin embargo varia dependiendo del tipo de gas.
1.1.2.2. Comportamiento de los componentes
1.1.2.2.1. Las moléculas obedecen las leyes del movimiento de Newton, pero como un todo su movimiento es isotópico: es decir cualquier molécula se puede mover en cualquier dirección y cualquier rapidez
1.1.2.2.2. Las moléculas interaccionan sólo mediante fuerzas de corto alcance durante colisiónes elásticas
1.1.2.2.3. Las moléculas tienen colisiones elásticas con las paredes
1.2. Calor específico molar de un gas ideal
1.2.1. Isovolumétrico
1.2.1.1. Que no va acompañado de cambios de volumen
1.2.1.1.1. Cuando se agrega energía a un gas monoatómico en un recipiente de volumen fijo, toda la energía adicionada se destina a incrementar la energía cinética traslacional de los átomos, No existe otra forma de almacenar la energía en un gas monoatómico
1.2.2. Isobárico
1.2.2.1. Que el proceso se realiza a presión constante
1.2.2.1.1. Cuando a un gas se le agrega energía por calor a presión constante, no solo aumenta la energía interna del gas, también se realiza trabajo sobre el gas debido al cambio de volumen para mantener constante la presión
1.3. Equipartición de la energía
1.3.1. La rama de la física conocida como MECANICA ESTADÍSTICA ha demostrado que, para un gran número de partículas que obedecen las leyes de la mecánica newtoniana, la energía disponible se comparte, en promedio, de manera equitativa por cada grado de libertad independiente.
1.3.1.1. La energía interna de un gas incluye aportaciones de los movimientos traslacional, vibratorio y rotacional de las moléculas
1.3.1.1.1. Los movimientos rotacional y vibratorio de las moléculas se activan mediante colisiones y por lo tanto se acoplan al movimiento traslacional de las moléculas.
1.4. Proceso adiabáticos para un gas ideal
1.4.1. Es aquel proceso en el que nos se transfiere energía por calor entre un sistema y sus alrededores
1.4.1.1. Ejemplo: Si un gas se comprime o expande rápidamente, muy poca energía se transfiere afuera o adentro del sistema por calor
1.4.1.1.1. Ejemplo: La lenta expansión de un gas que está térmicamente aislado de sus alrededores.
1.5. Distribución de rapideces moleculares
1.5.1. El movimiento de las moléculas es extremadamente caótico. Cualquier molécula individual colisiona contra otra a una rapidez enorme, por lo queneral mil millones de veces por segundo. Cada colisión resulta en un cambio en la rapidez y una dirección de movimiento de cada una de las moléculas participantes
1.5.2. Ley de distribución de Boltzmann
1.5.2.1. Esta ley afirma que todas las moléculas caerán en el nivel energético mas bajo si la agitación térmica a una temperatura no exita las moléculas a niveles energéticos superiores
2. Maquinas térmicas, entropía y segunda ley de la termodinámica
2.1. Máquinas térmicas y segunda ley de la termodinámica
2.1.1. Maquina térmica: es un dispositivo que toma energía por calor y al funcionar en un proceso ciclico expulsa una fracción de dicha energía mediante trabajo
2.1.1.1. 1) La sustancia de trabajo absorbe energía por calor de un depósito de energía a alta temperatura
2.1.1.2. 2) La máquina realiza trabajo
2.1.1.3. 3) Se expulsa energía por calor a un depósito a temperatura más baja.
2.1.2. La forma de Kelvin-Planck de la segunda segunda ley de la termodinámica
2.1.2.1. Es posible construir una máquina térmica que, funcionando en un ciclo, no produzca otro efecto que la entrada de energía por calor de un depósito y la realización de una cantidad igual de trabajo
2.2. Bombas de calor y refrigeradores
2.2.1. Estas máquinas toman energía de un depósito frío y expulsa energía a un depósito caliente que puede lograrse sólo si se realiza trabajo sobre la máquina.
2.2.2. La primera ley se conoce que la energía tomada tomada del depósito caliente debe ser igual a la suma del trabajo realizado y la energía tomada del depósito frío
2.2.2.1. Por lo tanto en el refrigerador o la bomba de calor transfiere energía des de el cuerpo más frio
2.2.2.1.1. Los contenidos de un refrigerador de cocina o el aire invernal afuera de un edificio
2.2.2.1.2. A un cuerpo más caliente el aire de la cocina o a una habitación en el edificio
2.3. Proceso reversibles e irreversibles
2.3.1. Reversible: Es un proceso en el sistema que experimente el retorno a sus condiciones iniciales a lo largo de la misma trayectoria sobre un diagrama PV y cada punto sobre esta ruta es un estado de equilibrio
2.3.2. Irreversible: Es un proceso en el que el sistema no puede retornar a sus condiciones inicialies
2.4. La máquina de carnot
2.4.1. El teorema de Carnot: ninguna máquina térmica real que opere entre dos depósitos de energía puede ser más eficiente que una máquina de Carnot que funcione entre los mismos dos depósitos
2.5. Motores de gasolina y diesel
2.5.1. En cada ciclo de un motor de gasolina se presentan seis procesos
2.5.1.1. Carrera de admisión
2.5.1.2. Carrera de compresión
2.5.1.3. Combustión
2.5.1.4. El tiempo de trabajo
2.5.1.5. Liberación de los gases residuales
2.5.1.6. Carrera de escape
2.6. Entropía
2.6.1. La ley cero de la termodinámica involucra el concepto de temperatura y la primera ley concierne al concepto de energía interna.
2.6.1.1. Microestado
2.6.1.1.1. Es una configuración entre microestadosy macroestados de un sistema
2.6.1.2. Macroestado
2.6.1.2.1. Es una descripción de las condiciones del sistema desde un punto de vista macroscópico
2.7. Cabios de entropía en sistemas termodinámicos
2.7.1. Los sistemas termodinámicos están en flujo constante, cambian continuamente de un microestado a otro.
2.7.2. Si un sistema está en equilibrio existe un determinado macroestado y el sistema fluctúa de un microestado asociado con ese macroestado a otro.
2.7.3. Cambio en entropia en un ciclo de carnot
2.7.3.1. La máquina toma energía del depósito caliente y expulsa energía al depósito frío. Estas transferencias de energías sólo se resentan durante las porciones isotérmicas del ciclo de carnot
2.7.4. Cambio de entropía en una expansión libre
2.7.4.1. La expansión libre adiabática de un gas que ocupa un volumen inicial, en esta situación se rompe una membrana que separa al gas de una región evacuada y el gas se expande a un volumen final
2.7.4.1.1. Este proceso es irreversible
2.7.5. Cambio de entropía en conducción térmica
2.7.5.1. Durante un proceso la energía se transfiere por calor del depósito caliente a temperatura inicial al depósito frio a temperatura final
2.7.5.1.1. Todo el proceso es una combinación de dos procesos la energía saliendo del depósito caliente y la energía entrando al depósito frío.
2.8. entropía y la segunda ley
2.8.1. La entropía del universo aumenta en todos los proceso realies
2.8.2. La segunda ley de la termodinámica y puede probarse su equivalencia a los enunciados de kelvin-Planck y clausius
3. Temperatura
3.1. Temperatura y Ley cero de la termodinámica
3.1.1. La temperatura: que tan caliente o frio esta un objeto
3.1.1.1. La propiedad que determina su un objeto esta en equilibrio térmico con otros objetos,
3.1.1.1.1. Algunas propiedades físicas que cambian con la temperatura son
3.1.2. Contacto térmico
3.1.2.1. Es un situación en que dos objetos no intercambian energía
3.1.3. Equilibrio térmico
3.1.3.1. Situación en la que dos sistemas no intercambian energía, por calor o por radiación electromagnética.
3.1.4. Ley cero de la termodinámica
3.1.4.1. la ley cero establece que si dos sistemas con diferentes temperaturas estos intercambiaran energía hasta llegar a estar en equilibrio.
3.2. Termómetros y escala de temperatura (Celsius)
3.2.1. Termómetro
3.2.1.1. Los termómetros son dispositivos que sirven para medir la temperatura de un sistema
3.2.2. Escala de temperatura Celsius
3.2.2.1. escala que sirve para medir la temperatura de un sistema
3.3. Expansión térmica de solidos y líquidos
3.3.1. A medida que aumenta la temperatura su volumen se incrementa
3.3.2. La expansión térmica es una consecuencia del cambio en la separación promedio entre los atoamos en un objeto
3.3.2.1. Coeficiente de expansión lineal promedio
3.3.2.1.1. Cambio longitudinal por cada grado de temperatura
3.3.2.2. Coeficiente de expansión volumétrica promedio
3.3.2.2.1. El cambio del volumen es proporcional al volumen inicial, y al cambio en temperatura
3.4. Descripción macroscópica del gas ideal
3.4.1. La ley de gas ideal afirma que si el volumen y la temperatura de una cantidad fija de gas no cambian, la presión también permanece constante.
4. Primera ley de la termodinámica
4.1. Calor y energía interna
4.1.1. La energía interna es toda la energía de un sistema que se asocia con sus componentes microscópicos, átomos y moléculas
4.1.2. El calor se define como un proceso de transferencia de energía a través de la frontera de un sistema.
4.2. Calor específico y calometría
4.2.1. Cuando se le agrega energía a un sistema y no hay cambio en las energías cinética o potencial del sistema, por lo general la temperatura del sistema aumenta
4.2.2. La calometría es la tecnica para medir el calor especiífico
4.2.2.1. Esta técnica consiste en sumergir en un recipiente que contenga agua de masa conocida y temperatura, para luego medir la temperatura del agua después de lograr el equilibrio
4.3. Calor latente
4.3.1. Siempre que las características físicas de la sustancia cambian de una forma a otra se le conoce como cambio de fase.
4.3.2. Calor oculto
4.3.2.1. Calor latente de fusión
4.3.2.1.1. Cuando el cambio de fase es de solido a líquido
4.3.2.2. Calor latente de vaporización
4.3.2.2.1. Cuando el cambio de fase es de líquido a gas
4.4. Trabajo y calor en proceso termodinámicos
4.4.1. El trabajo realizado sobre un gas en un proceso cuasiestatico que lleva al gas de un estado inicial a un estado final es el negativo del área bajo la curva
4.5. Primera ley de la temperatura
4.5.1. Es un caso especial de la ley de conservación de energía que describe proceso que solo cambian la energía interna y donde sólo se transfiere energía mediante calor y trabajo
4.6. Mecanismos de la transferencia de energía en procesos térmicos
4.6.1. Conducción térmica
4.6.1.1. Proceso de transferencia de energía por calor
4.6.2. Convección
4.6.2.1. La energía transferida por el movimiento de una sustancia caliente se transfiere por convección
4.6.2.1.1. Un ejemplo seria al calentar las manos en el las llamas de una fogata, no se acerca sin embargo el aire a su alrededor es el que transfiere la energía
4.6.3. Radiación
4.6.3.1. Todos los objetos continuamente radian energía en forma de ondas electromagnéticas producidas por vibraciones térmicas de las moléculas