Conceptos Fundamentales de Termodinámica

La termodinámica es una rama esencial de la química y la física que estudia las relaciones entre el calor y otras formas de energía. A continuación, se presentan definiciones clave y principios fundamentales:

Gases y sus Propiedades

  • Gas Real

    Los gases reales no cumplen exactamente con las leyes de los gases perfectos. En particular, se desvían de la ecuación de estado ideal. Sin embargo, un gas real puede considerarse como un gas perfecto cuando está sometido a bajas presiones o altas temperaturas (Tº).

Principios de la Termodinámica y Conceptos Asociados

  • Entropía

    Si en una transformación reversible una pequeña cantidad de calor absorbido se divide por la temperatura (Tº) absoluta a la cual se toma, el resultado es igual a la correspondiente variación de entropía.

    La entropía es una magnitud no perceptible a los sentidos ni evidenciable directamente por ningún instrumento.

  • Segundo Principio de la Termodinámica

    Es imposible transportar directa o indirectamente el calor de un cuerpo frío a un cuerpo caliente, a menos que haya al mismo tiempo destrucción de trabajo o transporte de calor de un cuerpo caliente a un cuerpo frío.

Máquinas Térmicas y Rendimiento

  • Máquina Frigorífica

    La máquina frigorífica funciona con un proceso inverso al de la máquina térmica. Es un proceso por el cual absorbe calor del foco frío y expulsa calor al foco caliente.

  • Rendimiento Térmico

    Es la relación que existe entre el equivalente térmico del trabajo realizado por el fluido que evoluciona y la cantidad de calor suministrada.

  • Principio de Carnot

    Carnot enunció que para poder obtener trabajo mecánico del calor es necesario contar con dos fuentes de calor a distintas temperaturas (Tº).

Fórmulas Clave en Termodinámica

Ecuaciones de Estado y Calorimetría

  • Ecuación de Estado

    P·V = R·m·T

  • Ecuación de Covolumen (Clapeyron)

    p(v - b) = R·T

  • Ecuación de Van der Waals

    (p + a/v²)(v - b) = R·T

  • Calor de Calentamiento del Líquido

    q = Ce·(ts - ti)

  • Calor Latente de Vaporización

    r = (u2 - u1) + Ap·(v2 - v1) o r = i2 - i1

  • Calor de Sobrecalentamiento

    ρ = Cv·(tr - ts)

  • Calor Total Suministrado

    q1 = q + r + ρ

  • Calor Total

    Q = q1·m

  • Entalpía del Líquido

    i1 = u1 + Ap·V1

  • Entalpía del Vapor

    i2 = u2 + Ap·V2

  • Variación de Entalpía (Calor de Vaporización)

    i2 - i1 = (u2 - u1) + Ap·(v2 - V1)

Rendimiento y Ciclos Termodinámicos

  • Rendimiento Térmico (ηT)

    ηT = (A·W) / Q1

  • Máquinas Térmicas

    Q1 = A·W + Q2

    ηT = 1 - Q2 / Q1

  • Ciclo de Carnot

    Q1 = m·A·R·T·Ln(v2 / v1)

    Q2 = m·A·R·T·Ln(v4 / v3)

    ηT = (T1 - T2) / T1

  • Máquinas Frigoríficas

    Q = A·W + Q2

    Coeficiente de Operación (COP) para Máquinas Frigoríficas

    COP = T2 / (T1 - T2)