Termodinámica: guía de estudio

Ideas clave

La termodinámica sigue el calor, el trabajo y la energía interna. La primera ley es la conservación de la energía, la segunda dice que las máquinas térmicas no pueden ser perfectamente eficientes, y las temperaturas deben estar en kelvin.

• La ley de los gases ideales PV = nRT relaciona presión, volumen, cantidad y temperatura absoluta. Usa siempre kelvin (K = °C + 273,15).
• El calor necesario para cambiar la temperatura es Q = mcΔT. Un cambio de fase absorbe calor a temperatura constante: Q = mL.
• La primera ley es ΔU = Q − W, donde W es el trabajo realizado por el sistema.
• Ninguna máquina entre T_h y T_c puede superar el rendimiento de Carnot 1 − T_c ÷ T_h. La entropía de un sistema aislado nunca disminuye.

Ecuaciones clave

• PV = nRT
• Q = mcΔT
• ΔU = Q − W
• η_Carnot = 1 − T_c ÷ T_h
• ΔS = Q ÷ T
• P = kAΔT ÷ d

Ejemplo resuelto

Una máquina térmica funciona entre 500 K y 300 K. El rendimiento máximo (de Carnot) es 1 − 300 ÷ 500 = 0,40, es decir, 40 %. Si toma 1000 J del foco caliente por ciclo, puede hacer como máximo 400 J de trabajo y debe ceder al menos 600 J al foco frío.

Errores comunes

• Poner temperaturas en °C en la ley de los gases o en la fórmula de Carnot. Necesitan kelvin.
• Olvidar el signo del trabajo: el trabajo realizado por el gas es positivo en ΔU = Q − W, y el realizado sobre el gas es negativo.
• Tratar calor y temperatura como la misma magnitud. El calor es energía transferida; la temperatura mide la energía media de las partículas.

Práctica

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