TERM

ODINÁM

ICA

Biofísica de la

termorregulación y m

etabolismo energétic

o

TERMODINÁMICA:

Parte de la física que estudia las transformaciones de la energía en trabajo a través de las máquinas térmicas, tales como un motor de combustión, el cuerpo humano, etc

● Para ello se necesita una sustancia, dicha sustancia puede ser un gas,líquido o una mezcla de ambos.

SISTEMA:

Parte del universo, objeto de estudio

UNIVERSO = SISTEMA TERMODINÁMICO + MEDIO AMBIENTE

La termodinámica en un enfoque macroscópico describe el estado de un sistema mediante el uso de variables, conocidas como variables de estado.

Variables de estado: Cantidades que describen un sistema● Energía interna U● Presión P● Volumen V● Temperatura T● Masa m

VARIABLES DE ESTADO:

pV= nRT LEY DE LOS GASES IDEALES

Número de moles del gas Constante de los gases R= 8,314 J/K

EQUILIBRIO EN EL SISTEMA:

El estado macroscópico sólo se puede especificar si el sistema está en equilibrio interno.

Denominamos estado de equilibrio de un sistema cuando las variables macroscópicas presión p, volumen V, y temperatura T, no cambian.

El estado de equilibrio es dinámico

● El estado del sistema se representa por un punto en un diagrama p-V.

TIPOS DE SISTEMA:

1. SISTEMA ABIERTO:

2.SISTEMA CERRADO:

3.SISTEMA AISLADO:

4.SISTEMA ADIABÁTICO:

Sistema con una barrera a través de la cual no se puede transferir energía

Ejemplo:

Termo ideal

LEYES DE LA

LEY CERO:

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA:

La primera ley de la termodinámica corresponde a la conservación de la energía aplicada a un sistema que transforma el calor en trabajo y viceversa.

Un sistema cerrado, en un estado inicial 1, con una energía interna E1, se puede llevar a un estado final 2, con una energía interna final E2

Como la energía no puede crearse ni destruirse, la energía interna del estado final debe ser igual a la energía interna inicial, más la energía agregada en forma de calor o cualquier tipo de trabajo:

PROCESO SIGNO

Trabajo (W) realizado por el sistema +

Trabajo (w) realizado sobre el sistema -

Calor (Q) entregado al sistema (absorbido) +

Calor (Q) liberado por el sistema -

Algunas observaciones sobre la 1ra Ley:

1. Todas las cantidades se den expresar en las mismas unidades( Joule o Cal).

3. Cuando no se produce cambio en la energía interna de un sistema → Q= W

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA:

Se enuncia de varias formas:

-Es imposible construir una máquina que sea 100% eficiente -------- PROPOSICIÓN DE CARNOT

-Es imposible que un cuerpo frío entregue calor de forma natural a un cuerpo caliente, sólo invirtiendo trabajo lo puede hacer de manera forzada ---- PROP. DE CLAUSIUS

-La entropía (desorden molecular) siempre aumenta de manera natural.

ENTROPÍA

-LA ENTROPÍA EN UN SISTEMA ESTÁ ASOCIADA CON SU GRADO DE DESORDEN.

-CUANDO UN SISTEMA ALCANZA EL EQUILIBRIO TERMODINÁMICO SU ENTROPÍA ES MÁXIMA

-LA ENTROPÍA NUNCA DISMINUYE SE MANTIENE CONSTANTE O AUMENTA MAYOR DESORDEN

MAYOR ENTROPÍAPROCESOS REVERSIBLES

PROCESOS IREVERSIBLES

TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA:

tercera ley

fue formuladaprimero como

dice como calcular

entropía de un sólido cristalino puro

teorema del calor de Nernst

es cero en el formado por

T= cero absoluto n unidades

● LA ENTROPÍA (S) ES UNA VARIABLE TERMODINÁMICA QUE MIDE EL DESORDEN DE UN ESTADO TERMODINÁMICO, AUMENTA CON LOS GRADOS DE LIBERTAD INTERNOS.

El tercer principio de la termodinámica afirma que el cero absoluto no puede alcanzarse por ningún procedimiento que consta de un número finito de pasos.

LEY GENERAL DE LOS GASES:

PARA LA MASA DADA DE UN GAS , LA RELACIÓN PV/T SIEMPRE SERÁ CONSTANTE

PROCESOS TERMODINÁMICOS:

Se dice que un sistema pasa por un proceso termodinámico , o transformación termodinámica , cuando al menos una de las coordenadas termodinámicas no cambia. Los procesos más importantes son:

1.PROCESO ISOBÁRICO:

EN ESTE PROCESO LA PRESIÓN PERMANECE CONSTANTE

EJEMPLO:

2.PROCESO ISOTÉRMICO:

EN ESTE PROCESO LA TEMPERATURA PERMANECE CONSTANTE

EJEMPLO:

3.PROCESO ISÓCORO:

EN ESTE PROCESO EL VOLUMEN PERMANECE CONSTANTE

EJEMPLO:

4.PROCESO ADIABÁTICO:

EN ESTE PROCESO NO SE PERMITE EL INTERCAMBIO DE CALOR EN EL SISTEMA

RECUERDA:

MÁS EJEMPLOS...

PROCESOS ADIABÁTICOS

CICLO DE CARNOT:

En 1824 , Sadi Carnot desarrolló un motor térmico ideal con la máxima eficiencia posible y coherente con la segunda ley de la termodinámica , su motor se denomina motor de Carnot y su ciclo , ciclo de Carnot.

MÁQUINA DE CARNOT

A partir de la segunda ley se pueden probar varios hechos importantes en torno a una máquina de Carnot:1. Una máquina de Carnot es la de mayor rendimiento que funciona

entre dos temperaturas T1 y T2.2. El rendimiento de una máquina de Carnot es independiente de la

sustancia activa. Es decir el rendimiento es el mismo tanto si la sustancia es un gas ideal o incluso un líquido.

3. El rendimiento de una máquina de Carnot que funciona entre las temperaturas absolutas T1 y T2 es : e= 1- T2/T1

ALGUNAS OBSERVACIONES:

ALGO IMPORTANTE SOBRE LAS MÁQUINAS TÉRMICAS Y NUESTRO MEDIO AMBIENTE

Todas las máquinas térmicas solamente convierten en trabajo útil una fracción del calor que absorben; el resto debe ser vertido en el medio ambiente.

Los motores de combustión interna que mayor contaminación del medioambiente provocan, son los motores a gasolina a pesar de ser menos visible sus emisiones a la atmósfera.

METABOLISMO BASAL:

FACTORES QUE INTERVIENEN:● Edad● Sexo● Tipo de ejercicio físico● Estrés● Fiebre● Embarazo y lactancia● Comer poco● Medicamentos, estimulantes, drogas.