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Termodinámica

Contents

1 INTRODUCCIÓN.


1.1 Objetivo, alcance y método de la termodinámica.


1.2 El objeto o sistema físico de la termodinámica.


1.3 Naturaleza del estado físico y de las variables del sistema termodinámica.


1.4 Tipos de fronteras o paredes: adiabáticas, diatérmicas, permeables e impermeables, rígidas y
móviles.


1.5 Equilibrio.


1.6 Termostática y termodinámica.

2 LA LEY CERO Y LA TEMPERATURA.


2.1 Equilibrio adiabático.


2.2 Equilibrio diatérmico.


2.3 Equilibrio termodinámico.


2.4 Ley cero de la termodinámica.


2.5 Existencia de la temperatura y la ecuación de estado de un sistema termodinámico.


2.6 Medición de la temperatura, escalas, significado del cero en cada escala.


2.7 “Violaciones” a la ley cero y su significado.

3 EJEMPLOS DE SISTEMAS TERMODINÁMICOS.


3.1 Sistemas ideales y reales (gases, magnetos, dieléctricos, radiación electromagnética, alambres,
etc.): ecuaciones de estado.


3.2 Fenomenología del comportamiento termodinámico de las sustancias, según la tabla periódica de
los elementos.

4 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.


4.1 Procesos cuasiestáticos, reversibles y reales.


4.2 Trabajo y calor en procesos termodinámicos.


4.3 Trabajo adiabático y primera ley de la termodinámica. Energía interna.


4.4 Capacidades térmicas.


4.5 Motores y refrigeradores. Otros dispositivos termodinámicos, abiertos o cerrados:
intercambiadores de calor, toberas, turbinas, bombas de calor, etc.


4.6 Eficiencia de dispositivos termodinámicos.

5 APLICACIONES DE LA PRIMERA LEY.


5.1 Procesos con gases y otros sistemas termodinámicos.


5.2 Reacciones químicas.


5.3 “Calores latentes”.


5.4 La superficie de la energía interna en función de las variables de estado independientes.

6 LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA.


6.1 Procesos cíclicos reversibles e irreversibles en sistemas compuestos: sistema de interés y
alrededores.


6.2 Formulación en términos de motores térmicos. Enunciados de Kelvin, Planck y Clausius.

6.3.Teorema y corolario de Carnot. Temperatura Kelvin.


6.4 Teoremas de Clausius. Entropía. Principio de irreversibilidad. Principio del incremento de la
entropía. Principio de la degradación de la energía.


6.5 Formulación “a la Caratheodory”. Superficies adiabáticas.


6.6 Exergía. Eficiencias de tareas y de dispositivos termodinámicos. Ahorro de exergía y uso
eficiente de la energía.

7 OTRAS CONSECUENCIAS Y APLICACIONES DE LA SEGUNDA LEY.


7.1 Ecuaciones TdS.


7.2 Relaciones entre las ecuaciones de estado: aplicaciones en gases, líquidos, sólidos, plasmas,
radiación electromagnética en equilibrio.


7.3 Relaciones entre las capacidades térmicas, etc.


7.4 El método de los procesos cíclicos. Ecuación de Clausius­Clapeyron.

8 FORMULACIÓN GIBBSIANA DE LA TERMODINÁMICA.


8.1 Postulados básicos.


8.2 Representaciones de la entropía y de la energía interna.


8.3 Transformaciones de Legendre; potenciales termodinámicos.


8.4 Relaciones de Maxwell.

9 ESTABILIDAD TERMODINÁMICA.


9.1 Condiciones de estabilidad y principios extremales. Equilibrios mecánico, térmico y químico.


9.2 Aplicaciones: ecuación de Clausius­Clapeyron.


9.3 Consecuencias sobre las susceptibilidades termodinámicas.


9.4 Principio de Le Chatelier­Braun.

10 TRANSICIONES DE FASE.


10.1 Fenomenología de las transiciones de fase para sustancias puras.


10.2 Transiciones de fase de primero y segundo orden, “a la Ehrenfest”. Ecuaciones de Ehrenfest.


10.3 “Transiciones de fase orden­desorden, a la Landau”. Aplicaciones: magnetismo, superfluidez,
superconductividad.


10.4 Mezclas de sustancias no reaccionantes y reaccionantes. Regla de las fases de Gibbs.

11 LA TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.


11.1 Formulación de la tercera ley en el contexto de la termoquímica.


11.2 Aplicaciones a mezclas reactantes y transiciones de fases.


11.3 Implicaciones en el comportamiento de las susceptibilidades térmicas a bajas temperaturas.

12 SOLUCIÓN TERMODINÁMICA DE PLANCK A LA RADIACIÓN DE CUERPO NEGRO.


12.1 Descomposición espectral de las variables termodinámicas.


12.2 Descomposición espectral en un proceso adiabático, ley de Wien.


12.3 Oscilador de Hertz en equilibrio con la radiación de cuerpo negro.


12.4 Comportamientos asintóticos a baja y alta frecuencia.


12.5 Distribución de Planck.

13 TERMODINÁMICA FUERA DEL EQUILIBRIO.


13.1 Conducción, convección y radiación de calor.


13.2 Fluctuaciones.


13.3 Procesos cerca y lejos del equilibrio. Termodinámica irreversible lineal.


13.4 Termodinámica de tiempo finito.

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