Introducción a la termodinámica - Clase 1
Summary
TLDREste script de un video introductorio de termodinámica, presentado por Gabriel Fernando García Sánchez, cubre conceptos fundamentales como la definición de termodinámica, sistemas termodinámicos, propiedades y su clasificación en intensivas y extensivas, estado y equilibrio, y el postulado de estado. El objetivo es proporcionar una base teórica para complementar con ejercicios prácticos. Se enfatiza la importancia de entender la energía y sus transformaciones, así como la distinción entre sistemas cerrados y abiertos, y cómo dos propiedades intensivas independientes pueden especificar completamente el estado de un sistema simple.
Takeaways
- 😀 La termodinámica es la ciencia que estudia la energía y sus transformaciones en los sistemas.
- 🔍 Los sistemas termodinámicos pueden ser una cantidad específica de masa (sistema cerrado) o un lugar en el espacio (sistema abierto).
- 🛡️ Los sistemas cerrados no permiten el paso de masa a través de sus fronteras, mientras que los sistemas abiertos sí lo permiten.
- 🌡️ Las propiedades de los sistemas termodinámicos incluyen temperatura, presión, volumen, entre otras, y se dividen en intensivas e extensivas.
- 📏 Las propiedades intensivas no dependen de la masa, como la presión y la temperatura; las extensivas sí, como el volumen y la energía interna.
- ⚖️ Al dividir una propiedad extensiva por la masa, se transforma en una propiedad específica, como el volumen específico.
- 🌟 El estado de un sistema termodinámico se especifica por completo mediante dos propiedades intensivas e independientes, según el postulado de estado.
- 🧩 El equilibrio de un sistema se refiere a que sus propiedades no cambian a menos de que haya una interacción con el entorno.
- 🔄 El postulado de estado es fundamental para resolver ejercicios en termodinámica, ya que permite determinar el estado completo del sistema.
- 📚 La presentación es una introducción a la termodinámica que complementará futuras sesiones con ejercicios prácticos.
- 👋 El script es una clase introductoria impartida por Gabriel Fernando García Sánchez, con el objetivo de facilitar el aprendizaje de la termodinámica.
Q & A
¿Qué es la termodinámica y qué áreas de la física se ocupa?
-La termodinámica es la ciencia de la energía y se ocupa específicamente de la energía y sus transformaciones en los sistemas.
¿Cuáles son los dos significados de energía que se mencionan en el script?
-La energía es la capacidad para realizar trabajo y también es la capacidad de causar cambios en el entorno.
¿Qué es un sistema termodinámico y cómo se define?
-Un sistema termodinámico es una parte del universo que se aísla para el estudio, es decir, lo que se elige para analizar desde el punto de vista energético.
¿Cómo se dividen los sistemas termodinámicos en categorías y cuál es cada una?
-Los sistemas termodinámicos se dividen en sistema cerrado (una cantidad de masa fija) y sistema abierto (una región en el espacio).
¿Qué es un sistema aislado y cómo se diferencia de otros sistemas cerrados?
-Un sistema aislado es un tipo de sistema cerrado donde no solo la masa sino también la energía no puede cruzar sus fronteras.
¿Qué son las propiedades de un sistema termodinámico y cómo se clasifican?
-Las propiedades son características como temperatura, presión y volumen, y se clasifican como intensivas (independientes de la masa) y extensivas (dependientes de la masa).
¿Cómo se determina si una propiedad es intensiva o extensiva?
-Se determina si una propiedad es intensiva o extensiva al imaginar dividir el sistema; si la propiedad cambia con la división, es extensiva, si no, es intensiva.
¿Qué es el volumen específico y cómo se calcula?
-El volumen específico es la cantidad de volumen por unidad de masa, se calcula dividiendo el volumen total (V) entre la masa (m), simbolizado como v = V/m.
¿Qué es el estado de un sistema termodinámico y cómo se especifica?
-El estado de un sistema termodinámico es la condición en la que se encuentra el sistema, especificada por las propiedades que tiene, como masa, temperatura y volumen.
¿Qué es el equilibrio en un sistema termodinámico y cómo se define?
-El equilibrio es cuando un sistema está balanceado y no experimenta cambios en sus propiedades a menos que haya una interacción con los alrededores.
¿Qué es el postulado de estado y cómo ayuda a especificar el estado de un sistema?
-El postulado de estado afirma que el estado de un sistema comprensible simple se especifica por completo mediante dos propiedades intensivas e independientes.
Outlines
📚 Introducción a la Termodinámica
El primer párrafo presenta una introducción al video sobre termodinámica, donde se discutirán conceptos fundamentales. Gabriel Fernando García Sánchez, el presentador, menciona que se complementará con ejercicios en otro video. La termodinámica se define como la ciencia de la energía y sus transformaciones en sistemas, destacando la importancia de la energía y los sistemas. Se describen los sistemas termodinámicos como partes del universo aisladas para estudio, y se clasifican en sistemas cerrados (con masa fija) y sistemas abiertos (con masa variable). Se introducen las nociones de estado y equilibrio, y se menciona el postulado de estado que es esencial para resolver problemas en termodinámica.
🔧 Sistemas y Propiedades Termodinámicas
En el segundo párrafo, se profundiza en los sistemas termodinámicos, explicando que pueden ser cerrados o abiertos y cómo se definen sus fronteras. Se introduce el concepto de propiedades intensivas e extensivas, dependiendo de si varían con la masa o no. Ejemplos como la temperatura, presión, volumen y energía interna se utilizan para ilustrar estas propiedades. Además, se describe cómo convertir propiedades extensivas en específicas dividiéndolas por la masa, permitiendo una comprensión más detallada de las características de los sistemas termodinámicos.
🔄 Estados y Equilibrio en Termodinámica
El tercer párrafo se enfoca en el estado y el equilibrio de los sistemas termodinámicos. El estado se define como la condición dada por las propiedades del sistema, y el equilibrio es cuando las propiedades no cambian a menos de interactuar con el entorno. Se ejemplifica cómo diferentes combinaciones de propiedades definen diferentes estados de un sistema. Además, se explica que en termodinámica se trabaja con sistemas en equilibrio y se introduce el concepto del postulado de estado, que especifica que dos propiedades intensivas e independientes son suficientes para describir completamente un estado de un sistema simple.
📘 Conclusión y Recomendaciones para Aprender Termodinámica
El último párrafo concluye la presentación, resumiendo los puntos clave sobre termodinámica, sistemas, propiedades, estado, equilibrio y el postulado de estado. El presentador agradece la atención y ofrece sus deseos de que la información sea útil para los espectadores, especialmente para exámenes y cursos de termodinámica. Se animan a los espectadores a dar like y suscribirse para más contenido si les gustó el video, cerrando con un mensaje de buen día.
Mindmap
Keywords
💡Termodinámica
💡Energía
💡Sistema
💡Estado
💡Equilibrio
💡Propiedades
💡Propiedades intensivas
💡Propiedades extensivas
💡Postulado de estado
💡Sistema cerrado
💡Sistema abierto
Highlights
Introducción a la termodinámica y su importancia en la transformación de calor en energía.
Definición de termodinámica como la ciencia de la energía y sus transformaciones en los sistemas.
Energía descrita como la capacidad para realizar trabajo y causar cambios.
Concepto de sistema termodinámico como una parte del universo aislada para estudio.
Diferenciación entre sistemas cerrados (masa fija) y sistemas abiertos (región en el espacio).
Explicación de las propiedades de sistemas termodinámicos como temperatura, presión y volumen.
Categorización de propiedades en intensivas e independientes de la masa y extensivas que dependen de la masa.
Método para determinar si una propiedad es intensiva o extensiva mediante la división del sistema.
Introducción al concepto de estado y equilibrio en termodinámica.
Descripción del estado de un sistema como una condición dada por sus propiedades.
Explicación de equilibrio térmico, mecánico y químico en sistemas termodinámicos.
El postulado de estado que especifica un sistema por dos propiedades intensivas e independientes.
Importancia de conocer dos propiedades intensivas independientes para determinar el estado de un sistema.
Consideración de efectos especiales como eléctricos, magnéticos y gravitacionales en sistemas termodinámicos avanzados.
Agradecimiento y promoción de los recursos para aprender termodinámica y su aplicación práctica.
Transcripts
hola que tal amigos bienvenidos a este
vídeo de termodinámica esta es una clase
introductoria donde veremos algunos
conceptos fundamentales que servirán de
base para empezar este camino de la
termodinámica una clase teórica la idea
es después complementarlo con otro vídeo
que tenga algunos ejercicios mi nombre
es gabriel fernando garcía sánchez
espero que les guste espero que les
sirva mucho este vídeo para esos cursos
de termodinámica
ese es el contenido que veremos en esta
presentación empezaremos hablando de la
definición de que esther dinámica es que
es energía continuaremos hablando de los
sistemas termodinámicos las propiedades
de sus sistemas después veremos un poco
de lo que es estado y equilibrio para
finalizar hablando del postulado de
estado que es muy útil a la hora de
resolver ejercicios en esta materia
entonces sin más preámbulo vamos a
empezar con la definición termodinámica
esta palabrita viene de dos palabras
griegas que son las que vemos en la
diapositiva que significaban calor y
fuerza lo cual tiene que ver con los
primeros esfuerzos de transformar el
calor en energía ahora sabemos que la
energía o que el calor es energía en
flujo y por lo tanto podemos definir a
la termodinámica como la ciencia de la
energía o más específicamente como la
rama de la física que se ocupa de la
energía y sus transformaciones en los
sistemas
aquí vemos dos palabras bien
interesantes que son energía y sistemas
seguramente nosotros hemos escuchado
hablar de energía en muchos ámbitos de
la vida muchos ámbitos inclusive que no
tienen nada que ver con la ciencia y si
recordamos nuestros cursos básicos de
física en el bachillerato seguramente sí
nos hará muy familiar esta primera
definición que vemos en la diapositiva
energía es la capacidad para realizar un
trabajo pero a mí me gusta más la
segunda definición que estamos viendo la
capacidad de causar cambios es eso que
me permite modificar mi entorno que me
permite moverme que me permite causar
cambios hacer cosas esa es la energía
y un sistema en termodinámica es una
parte del universo que se aísla para el
estudio es decir es eso que yo elijo
para el análisis eso que elijo para
analizar así como pikachu yo te elijo de
la misma manera lo que yo escojo para
analizar lo que yo quiero analizar desde
el punto de vista de la energía es un
sistema termodinámica
yo puedo realizar una cantidad de agua o
analizar también una región en el
espacio el espacio que está contenido
dentro de una botella por ejemplo o por
ejemplo también podría analizar una papa
como la que vemos
en la figura
puedo decir que quiero analizar una papa
entonces mi sistema termodinámico será
esa papa lo que está cerca en las
afueras de ese sistema de esa papa lo
llamaremos alrededor del sistema y al
límite del sistema que en este ejemplo
será la cáscara lo llamaremos la
frontera del sistema
esos sistemas termodinámicos se pueden
dividir en dos categorías ya como lo
hemos mencionado
yo puedo elegir para analizar una
cantidad de masa fija o puedo elegir una
región en el espacio si lo que yo elijo
es una cantidad de masa fija a ese
sistema lo llamaré sistema cerrado o
masa de control y si lo que yo elijo es
una región en el espacio un lugar lo
llamaré sistema abierto o volumen de
control entonces si yo elijo paralizar
una cantidad de masa fija como la papa
de la diapositiva pasada
ya tendré definido cuanta más a analizar
esa es la masa que analizar y no más
entonces no puedo añadirle más masa ni
restarle más más a ese sistema porque ya
es la cantidad específica que elegí por
lo tanto se dice que la masa no puede
cruzar las fronteras del sistema no se
le puedo añadir ni restar masa a ese
sistema en el caso específico caso
particular de que la energía tampoco
pueda cruzar las fronteras del sistema
estaría hablando de un sistema aislado
por otra parte cuando hablo en un
sistema abierto o volumen de control que
es cuando elegí una región en el espacio
por ejemplo el sistema termodinámico que
ustedes puede analizar es su propio
cuarto entonces las paredes del techo y
el piso serán las fronteras del sistema
en ese cuarto se puede entrar puede
salir pueden entrar sus amigos pueden
salir sus amigos entonces puede aumentar
la masa del sistema o puede disminuir
dependiendo de qué tanta gente o qué
tantas cosas hayan adentro de la misma
manera si se elige para analizar el
interior de una botella de agua podemos
verter el agua sacar el agua de la
botella o podemos añadirle agua entonces
puede aumentar o disminuir la masa del
sistema es decir la masa si puede cruzar
las fronteras del sistema
y esas fronteras también se les suele
llamar superficies de control
aquí vemos un ejemplo que es muy común
en los libros de termodinámica es el
popular sistema cilindro émbolo que es
un cilindro que tiene una especie
digamos la etapa móvil que entra y sale
en él es como los pistones del motor de
un carro
entonces en la parte izquierda de la
diapositiva lo que elegimos para
analizar es la cantidad de masa que está
dentro de ese sistema cilindro émbolo
puede ser una cantidad de gas de una
cantidad de líquido
como hemos elegido esa cantidad de masa
es una masa constante la masa no puede
cruzar las fronteras del sistema pero la
energía si puede
en el caso particular de que no pueda no
llamar hemos instalado sistemas lado
pero en general si puede esto es un
ejemplo de un sistema cerrado por otra
parte en la figura de la parte derecha
de la diapositiva vemos el mismo sistema
cilindro émbolo pero ahora lo que hemos
elegido para analizar no es la cantidad
de masa que está dentro del sistema sino
la región interna el espacio interno
entre el cilindro y el émbolo en este
caso como lo que he elegido es un lugar
una región la masa si puede entrar o
salir de ese sistema
las fronteras de un sistema no tienen
que ser fijas son todas
también vemos en ese dibujo que la
frontera del émbolo se puede mover por
lo tanto lo llamamos frontera móvil y a
las paredes del cilindro del piso del
cilindro lo llamamos frontera fija
porque precisamente está estático y no
se puede mover ese era un ejemplo de un
sistema abierto
esos sistemas termodinámicos tienen unas
características de la misma manera que
si yo hablo de una casa esta casa va a
tener ciertas características por
ejemplo el color puede ser azul puede
ser blanca puede ser amarilla
el tamaño puede tener un determinado
número de metros cuadrados puede tener
un piso dos pisos tres pisos de esa
misma manera los sistemas termodinámicos
también tienen características que
llamaremos propiedades que son por
ejemplo la temperatura la presión el
volumen y demás
y estas propiedades también se pueden
clasificar en dos categorías propiedades
intensivas cuando son independientes de
la masa no importa si se resta o se
añade más a esta propiedad no va a
cambiar por ese hecho como son la
presión la temperatura la densidad o
propiedades extensivas que son las que
dependen de la masa como son el volumen
la masa misma la energía interna
cuando hablamos de energía interna nos
estamos refiriendo a esa energía
tiene que ver lo que viene de la
interacción molecular de las partículas
que componen la masa entonces esa viene
con la masa y por lo tanto es una
propiedad que depende de ella una
propiedad extensiva entonces intensivas
independientes de la masa extensivas que
dependen de la masa
una manera práctica de saber si una
propiedad es intensiva o exención es
imaginándonos del sistema
y luego imaginando nos que dividimos ese
sistema
las propiedades que cambian debido a esa
división serán propiedades que dependen
de las propiedades extensivas y las que
no cambien serán propiedades intensivas
por ejemplo si nuestro sistema es esa
panela que vemos en la diapositiva
podemos tomar la temperatura
de nuestro sistema de esa panela luego
si de repente la partimos en dos tomamos
la temperatura a una sus partes y
seguramente va a ser igual el hecho de
que haya dividido la masa en dos no me
afecta a la propiedad lo mismo ocurriría
con la presión por otro lado sí
yo le mido le tomó el volumen a ese
sistema en el instante inicial antes d
la división
y luego lo divido divido la panela y
tomo el volumen de una esas partes
lógicamente habrá cambiado esto me
indica que es una propiedad de extensiva
y así con todas las demás realizando
este ejercicio yo puedo saber fácilmente
si una propiedad es intensiva o
extensivas y cambia o no cambia con la
masa
si yo quiero hacer que una propiedad
extensiva que depende la masa deje de
depender de la masa pues lo que hago es
muy fácil lo divido en la masa y en este
caso ya se pasará a llamar propiedad
específica y lo simbolizar con letra
minúscula
por ejemplo tengo el volumen yo sé que
el volumen depende de la masa pero
quiero expresarlo en términos que ya no
dependan de la masa lo que hago es
dividirlo por la masa y ahora estaré
hablando de volumen específico y lo
simbolizar como puede observar en la
primera actuación de la parte derecha de
la diapositiva volumen se simboliza con
b mayúscula lo divido en la masa que es
m minúscula y obtendré volumen
específico simbolizado como v minúscula
de la misma manera la energía interna
específica la energía que tiene que ver
con la interacción molecular de las
partículas del sistema
es la energía interna sobre la masa
simboliza la energía interna con
mayúscula lo divido en la masa y obtengo
un minúscula que es la energía interna
específica
ahora pasemos a hablar de estado de
equilibrio ya que conocemos que es un
sistema ya conocemos cuáles son las
propiedades del sistema podemos decir
que el estado de un sistema
termodinámico es esa condición en la
cual se encuentra el sistema esas
propiedades o esa condición que viene
dada por las propiedades que tiene el
sistema
termodinámico
seguramente si recordamos nuestros
cursos básicos de química en el colegio
estamos acostumbrados a llamar estado el
estado líquido al estado sólido al
estado gaseoso
pero aquí no lo use utilizaremos de esa
manera exactamente aquí cuando hablamos
del líquido sólido gaseoso estaremos
hablando de fases y cuando hablemos de
estado es o estaremos hablando de cada
una de las combinaciones posibles de las
propiedades de ese sistema por ejemplo
aquí tenemos otra vez a nuestro amigo
cilindro émbolo tenemos un sistema que
tiene una masa
de 2 kilogramos a una temperatura de 20
grados centígrados y un volumen de 15
metros cúbicos es un sistema que está en
un estado esas propiedades me
especifican el estado en el cual estas
essex a ese sistema si cambia alguna o
varias de esas propiedades ya estaría
hablando de otro estado entonces tenemos
los dos kilogramos a otra vez a la
temperatura de 20 grados centígrados
pero ahora el volumen aumento se
expandió paso de 15 a 25 metros cúbicos
entonces estaré en un estado de igual
manera si cambia la temperatura o si
cambia la temperatura el volumen al
tiempo o si cambia la masa estaré en
diferentes estados
cada una de las combinaciones posibles
de estados de propiedades me está
indicando un estado del sistema por eso
entró la fase líquida hay infinidad de
estado dentro de la fase sólida en fría
de estado dentro de la fase gaseosa hay
infinidad de estados porque es la
condición en la cual se encuentra ese
sistema
por su parte yo hablo de equilibrio o
digo que un sistema está en equilibrio
si está balanceado y no va a
experimentar cambios sus propiedades a
menos de que haya una interacción con
los alrededores
es decir si mi sistema está en un estado
específico si las propiedades en unos
valores determinados y estos valores no
van a cambiar no van a cambiar las
propiedades a menos de que haya una
interacción externa pero por sí solo no
va a cambiar estoy hablando de un
sistema en equilibrio
si tiene una temperatura constante o una
temperatura que no varía digo que está
en equilibrio térmico una presión
que no tiende a variar por sí sola es un
equilibrio mecánico si no sufre
reacciones químicas es un equilibrio
químico y demás aquí en termodinámica
siempre vamos a trabajar con estados de
equilibrio
en esta manera llegamos a la última
parte vamos a hablar del postulado
estado algo supremamente útil a la hora
de resolver ejercicios en esta materia y
que nos dice que el estado de un sistema
comprensible simple se especifica por
completo mediante dos propiedades
intensivas e independientes a ver a ver
vamos a ver de qué estamos hablando
ya sabemos que es un sistema y un
sistema será comprensible simples y
carece de efectos eléctricos magnéticos
gravitacionales de movimiento y de
tensión superficial que son la mayoría
de los sistemas termodinámicos la
mayoría de los sistemas termina micos
con los que trabajamos la ingeniería
serán de este modo entonces si tengo un
sistema compre siempre simple y conozco
dos propiedades intensivas que ya
sabemos intensivas que son
independientes de la masa o si tengo
extensiva lo divido en la masa y tengo
la específica también me sirve con que
tenga dos propiedades que no dependan de
la masa y que sean independientes es
decir que una pueda variar mientras la
otra permanece constante ya tengo
especificado el estado o sea si yo
conozco dos propiedades
intensivas independientes entre sí como
expresa sus propiedades intensivas
de un sistema ya puedo conocer
cualquier otra propiedad en ese estado
simplemente conociendo dos propias
intensidad independientes ya tengo
especificado el estado ya puedo conocer
las demás propiedades o el valor de las
demás propiedades en ese estado en el
caso de que el sistema tenga algún
efecto eléctrico magnético o de los que
estamos viendo en la diapositiva tendrá
que especificar o conocer otra propiedad
intensiva independiente por cada uno de
los efectos entonces ya serán dos o tres
propiedades entidades independientes o
cuatro o cinco o lo que sea pero en
general
en ingeniería en nuestros problemas
vamos a trabajar con estados
no con sistemas comprensibles simples
entonces conociendo dos propias
intensidad independientes ya con los
prestados ya puedo conocer cualquier
otra propiedad de ese estado
entonces la manera repaso vamos a ver de
que hemos hablado hemos visto que la
termodinámica es la ciencia de la
energía es la que me permite estudiar la
energía y sus transformaciones en los
sistemas
también hemos visto que lo que elegimos
para analizar desde el punto de vista
termodinámico es a lo que llamamos
sistema y que puede ser una cantidad
específica de masa o sistema cerrado o
un lugar en el espacio que también va
llamamos sistema abierto
a las características de estos sistemas
lo llamamos propiedades y pueden ser
independientes de la masa o intensivas o
dependientes de la masa o excesivas
el estado
es la condición en la cual se encuentra
el sistema y en especificado por dos
propiedades intensivas independientes de
acuerdo al postulado de estado y
finalmente un sistema se encuentra en
equilibrio si está balanceado y no va a
experimentar cambios en sus propiedades
por sí solo por sí mismo
estas son las referencias que utilice
para esta presentación
muchas gracias por su atención espero
que les haya gustado espero que les sea
muy útil para sus exámenes para sus
cursos de termodinámica para entender
esta materia tan bonita si les gustó por
favor denle like y si quieren ver más
vídeos suscríbase muchas gracias y que
tengan un muy buen día
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