| name | physics-termodinamica |
| description | Termodinámica: leyes, gases ideales, ciclos termodinámicos, entropía, trabajo termodinámico, calor y temperatura. |
Termodinámica
Temperatura y calor
- Temperatura (T): K (SI). T(K) = T(°C) + 273,15
- Calor (Q): J (SI). Energía en tránsito por diferencia de temperatura
- Equilibrio térmico: dos cuerpos en contacto alcanzan la misma temperatura
- Calor específico: Q = mcΔT (c en J/(kg·K))
- Calor latente: Q = mL (cambio de fase, sin cambio de temperatura)
Dilatación térmica
- Lineal: ΔL = α·L₀·ΔT
- Superficial: ΔA = 2α·A₀·ΔT
- Volumétrica: ΔV = β·V₀·ΔT ≈ 3α·V₀·ΔT
Gases ideales
Ecuación de estado
- PV = nRT = NkT
- R = 8,314 J/(mol·K)
- k = 1,381 × 10⁻²³ J/K (Boltzmann)
- N = n·N_A, N_A = 6,022 × 10²³ (Avogadro)
Energía interna de gas ideal monoatómico
- U = (3/2)nRT
- U = (f/2)nRT donde f = grados de libertad (3 monoatómico, 5 diatómico)
Trabajo en transformación de gas ideal
- Isotérmica (T constante): W = nRT·ln(V_f/V_i) = nRT·ln(P_i/P_f)
- Isobárica (P constante): W = P·ΔV
- Isocórica (V constante): W = 0
- Adiabática (Q = 0): PV^γ = constante, γ = c_p/c_v
Primera ley de la termodinámica
- ΔU = Q - W
- ΔU = cambio de energía interna
- Q = calor absorbido por el sistema (+) o cedido (-)
- W = trabajo realizado POR el sistema (+) o sobre el sistema (-)
Convención de signos
- Q > 0: el sistema absorbe calor
- Q < 0: el sistema cede calor
- W > 0: el sistema realiza trabajo (se expande)
- W < 0: trabajo realizado sobre el sistema (se comprime)
Segunda ley de la termodinámica
Enunciado de Kelvin-Planck
Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, absorba calor de una sola fuente y lo convierta íntegramente en trabajo.
Enunciado de Clausius
El calor no fluye espontáneamente de un cuerpo frío a uno caliente.
Entropía
- ΔS = ∫dQ/T (proceso reversible)
- ΔS ≥ 0 para sistemas aislados (segunda ley)
- S = k·ln(W) (Boltzmann, W = número de microestados)
Máquina de Carnot (máxima eficiencia)
- η_Carnot = 1 - T_fría/T_caliente (T en Kelvin)
- η ≤ η_Carnot para cualquier máquina real
- Ciclo reversible: isoterma + isotermia + isocora + isotermia
Ciclos termodinámicos
Ciclo de Carnot
- Expansión isotérmica (T_caliente)
- Expansión adiabática
- Compresión isotérmica (T_fría)
- Compresión adiabática
Ciclo Otto (motor de gasolina)
- Compresión adiabática → combustión isocora → expansión adiabática → escape isocora
- η = 1 - (1/r^(γ-1)) donde r = relación de compresión
Ciclo Diesel
- Compresión adiabática → combustión isobara → expansión adiabática → escape isocora
Capacidades caloríficas
- c_v = (∂U/∂T)_v (a volumen constante)
- c_p = (∂H/∂T)_p (a presión constante)
- c_p - c_v = R (gas ideal)
- γ = c_p/c_v (monoatómico: γ = 5/3 ≈ 1,67; diatómico: γ = 7/5 = 1,4)
Errores comunes / Pitfalls
- Temperatura: SIEMPRE en Kelvin para ecuaciones de gases y termodinámica
- Signo del trabajo: W = PΔV > 0 si el gas se expande (realiza trabajo)
- Primera ley: ΔU = Q - W, NO Q + W (depende de la convención. Usar: W = trabajo del sistema)
- Entropía: solo aumenta en procesos irreversibles. En Carnot (reversible): ΔS_total = 0
- Adiabática: Q = 0, pero ΔU ≠ 0. El gas se enfría al expandirse
- γ: monoatómico = 5/3, diatómico = 7/5. No confundir
Verificación
