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TermodinmicaLos estados de equilibrio y la trasferencia de energa
Prof. R. Nitsche C.
Fsica Medica UDO Bolvar

Termodinmica
La rama de la fsica que estudia los procesos en los cuales se
trasfiere energa (el trabajo y el
calor) entre los sistemas de
partculas y el medio que los
rodea.
Estudia y describe los estados de equilibrio a nivel macroscpico
de los sistemas de partculas.

Estados de Equilibrio
Los estados de equilibrio son definidos por medio de
magnitudes extensivas tales
como la energa interna, la
entropa, el volumen, la masa o
el nmero de moles; as con
magnitudes intensivas como la
temperatura y presin.
Existe un estado de equilibrio en un sistema de partculas cuando
en el mismo estas propiedades
macroscpicas no varan.

Definicin de Trabajo
El trabajo (mecnico) equivale a la energa que realiza una fuerza
o un par de fuerzas (momento o
torques) para desplazar o rotar al
cuerpo.
El trabajo se denota con la letra W (del ingls Work = Trabajo), es
una cantidad escalar y en el
sistema internacional se mide en
julios o joules (1 J = 1 Nm).
Ya que por definicin el trabajo es un trnsito de energa, nunca
se refiere a l como incremento o
cambio, ni se simboliza como
W.

Trabajo en Traslacin
En traslacin el trabajo es el producto escalar de la fuerza
aplicada en la direccin del
movimiento, por la distancia
recorrida por el cuerpo en esa
direccin.
Nota: el signo depende si ambos vectores van en el mismo sentido
(+) o sentidos opuestos (-)
Las fuerzas perpendiculares al movimiento no generan trabajo.
Fuerza
Distancia recorrida

Trabajo en Rotacin
El momento de una fuerza (torque o par de fuerzas) genera
un trabajo por rotacin si pueden
hacer girar el cuerpo en un
ngulo en el eje (direccin) de
accin de momento actuante.
Al igual que el trabajo en traslacin, el signo depende si el
torque y el giros tienen sentidos
de rotacin iguales (+) u opuestos
(-) Torque
Giro

Fuerzas Conservativas
Son fuerzas conservativas aquellas que son nicamente funcin de la
posicin y/o forma del cuerpo.
Son ejemplo: el peso o fuerza de gravedad, la fuerza elctrica, y las
fuerzas elsticas o de restitucin
del cuerpo. El peso no desaparece
o cambia cuando el cuerpo est en
el piso o en aire. Las fuerzas
elsticas permiten que el objeto
recobre su forma original y existen
slo mientras el cuerpo este
deformado.

Energa Potencial
Es la energa que depende nicamente de la posicin y/o
forma de un cuerpo.
Slo las fuerzas conservativas generan energa potencial.
El trabajo de fuerzas conservativas es contrario al gradiente de
energa potencial.

Fuerzas No Conservativas
Son fuerzas no conservativas aquellas que dependen de
condiciones ajenas a la posicin
del cuerpo.
Las fuerzas de friccin son siempre opuestas al movimiento,
esto es contrarias a la velocidad.
La fuerza normal existe cuando hay contacto entre los objetos,
desaparece si los objetos estn
en el aire. Por lo tanto no se
conserva.
Fuerza de Friccin
Velocidad

Trabajo del Peso
Cuando un objeto cae por la gravedad resulta:
yinicial
yfinal
Fuerza del Peso
Variacin de altura

Energa Cintica
Es la energa asociada nicamente al movimiento
(velocidad de traslacin o
rotacin) del cuerpo.
A mayor velocidad mayor es la energa cintica.

Principio de Trabajo y Energa
El trabajo total realizado por un cuerpo es igual al cambio de la
energa cintica del cuerpo.

Energa Mecnica
La suma de las energas potencial y cintica que tiene un cuerpo se
conoce como energa mecnica.
Si slo actan fuerzas conser-vativas la energa mecnica se
conserva

Definicin de Energa
Se define como energa la capacidad de un cuerpo para
poder efectuar un trabajo.
Existen muchos tipos de energa, adems de las energas
mecnicas (potenciales y
cinticas), estas vinculadas al
movimiento de los cuerpos, as
tenemos: la energa trmica o
interna, la elctrica, la radiante o
luminosa, la vibratoria, la elica,
la qumica, la nuclear, la solar, la
snica, etc., etc., etc.

Potencia
La potencia es la razn de cambio con la que se efecta un trabajo.
Se mide en Watts (Vatios en espaol) donde 1 W = 1 J/s.

Temperatura
La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes
de caliente, tibio o fro que puede
ser medida con un termmetro.
En fsica, se define como una magnitud escalar relacionada con
la energa interna o trmica (U)
de un sistema termodinmico.
A mayor temperatura hay mayor energa interna o trmica.

Escalas de Temperatura (1)
Aunque existen varias escalas destacan tres, una de las ms
comunes es el grado centgrado o
Celsius (por su inventor) que
divide en 100 partes iguales la
diferencia de temperatura entre
el punto de congelacin del agua
(0C) y el punto de ebullicin
(100C) de la misma, a presin
atmosfrica.

La escala ms comn en los Estados Unidos es el Fahrenheit
(F).
Toma divisiones entre el punto de congelacin ms frio que pudo
encontrar su inventor, que fue
una disolucin de cloruro
amnico (a la que le asigna valor
cero (-32C)) y la temperatura
normal corporal humana (a la que
le asigna valor 100 (37C)).

La ley de gases ideales plantea que al disminuir la temperatura
disminuye el volumen en igual
proporcin, para un volumen
terico de cero se tendra la
temperatura ms fra posible.
Esta idea fue planteada por William Thomson (mejor conocido como
Lord Kelvin), su unidad es el Kelvin y
su divisin es igual al grado celsios,
salvo que su origen est en el cero
absoluto (0 Kelvin), que se
corresponde con el -273,15C.
Nota: la ley de los gases ideales mide la temperatura en Kelvins (K)

Ley Cero de la Termodinmica(El equilibrio trmico)
Antes de definir temperatura, es necesario entender el concepto de
equilibrio trmico.
Si dos cuerpos estn en contacto por un tiempo lo suficientemente
largo, alcanzarn la misma
temperatura y no se observar en
ningn cambio en el contenido
trmico de stos (temperatura), y
s se ponen en contacto con un
tercer cuerpo, todos terminan
despus de un tiempo con la
misma temperatura, estamos ante
el equilibrio trmico.

Calor
Para alcanzar un equilibrio trmico es necesario que la energa
trmica o interna (U) pase de un
cuerpo caliente a otro ms fro, ese
proceso de trasferencia de energa
interna se denomina calor (Q); y al
igual que el Trabajo, el Calor no se
expresa nunca como un cambio,
incremento o variacin (Q) El calor suministrado a un cuerpo
depende de la diferencia de
temperatura (T) que el cuerpo experimenta, la masa (m) del
cuerpo y el calor especfico (c)
propio de cada sustancia.

Calor en Gases
En los gases es ms cmodo trabajar con el nmero de moles
que con la masa. Existen dos tipos
de calor, a volumen constante y a
presin contante.

La Calora (1)(unidad histrica del Calor )
Por razones histricas, cuando se pensaba que el calor era una
especie de fluido se uso como
unidad bsica la calora (cal);
siendo esta la cantidad de energa
necesaria para elevar la
temperatura de un gramo de agua
pura, desde 14,5 C a 15,5 C, a
una presin normal de una
atmsfera.

La Calora (2)(Algunos calores especficos c y otras unidades)
Sustancia cal/(grC)
R (constante de los gases) 2 Hielo 1/2
Agua liquida 1
Vapor de agua 1/2Vidrio 1/5
Tierra seca 2/3Aire 1/4
Unidad Equivale
1 cal 4,18 joules
1 kcal 4.180 joules
1 kWh (kilo vatio hora) 3.600.000 joules
1 frigora - 1 kcal
1 termia 1.000 kcal
1 tonelada de petrleo 11.622 kWh
1 tonelada de carbn 8.139 kWh

La Calora (3)(y su uso en la alimentacin y las dietas)
La calora se emplea como un ndice para medir la energa de
los alimentos ingeridos y poder
as elaborar dietas.
En promedio los carbohidratos aportan 4 cal/gramo; las
protenas igual y las grasas unas
9 cal/gramo.
Deben evitarse las caloras vacas, presentes en alimentos
poco nutritivos; tales como:
refrescos, azucares y bebidas
alcohlicas.

La Calora (4)(necesidades calricas segn sexo y edad)
Caso Kcal/da
Hombre adulto 2000 a 2500
Mujer adulta 1500 a 2000
embarazada 1trimestre +0 a 300
Hombre (65 aos) 1900 a 2100
Mujer (65 aos) 1500 a 1700
Nio/a en edad escolar 1600 a 2500
Adolecente (varn) 2500 a 3000

La Calora (5)(algunas reglas en la alimentacin)
Los hidratos de carbono deberan representar

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