una rama de la física que estudia el intercambio y la transformación de energía en sistemas macroscópicos, especialmente en forma de calor y trabajo
Fórmula para la energía interna de un gas ideal monoatómico: U = (3/2)·n·R·T = (3/2)·p·V — depende de la cantidad de sustancia, temperatura, presión y volumen
La energía interna es la energía cinética de todas las partículas dentro del sistema. Las fórmulas son aplicables a un gas ideal monoatómico. Para un caso más general, se utiliza U = (i/2)·n·R·T, donde i es el número de grados de libertad.
Fórmula para el cambio en la energía interna: ΔU = (3/2)·(m/μ)·R·ΔT para un gas monoatómico o ΔU = (i/2)·(m/μ)·R·ΔT para cualquier gas ideal con i grados de libertad
La fórmula da el cambio en la energía interna durante el calentamiento o enfriamiento. La primera expresión es para un gas monoatómico, la segunda es una forma universal. ΔT — cambio en la temperatura; i — número de grados de libertad de la sustancia.
Fórmula para el trabajo del gas durante el cambio de volumen: A = p·ΔV — producto de la presión y el cambio de volumen
El trabajo es positivo si el sistema se expande (ΔV > 0). Esta expresión es válida a presión constante.
Primera ley de la termodinámica: Q = ΔU + A — la cantidad de calor transferida al sistema se destina a cambiar su energía interna y a realizar trabajo
El calor Q recibido por el sistema se destina a cambiar su energía interna ΔU
y a realizar trabajo A contra las fuerzas externas.
Si Q > 0 — el calor entra al sistema; Q < 0 — el sistema pierde calor.
A > 0 — el sistema se expande y realiza trabajo; A < 0 — el sistema se comprime.
Fórmula para la cantidad de calor: Q = c·m·ΔT o Q = C·n·ΔT — depende de la masa o cantidad de sustancia, la capacidad calorífica y el cambio de temperatura
Las fórmulas se utilizan para calcular el calor durante el calentamiento de una sustancia: c — calor específico, m — masa, C — capacidad calorífica molar, n — cantidad de sustancia. ΔT — diferencia de temperatura (final menos inicial).
Fórmula para la eficiencia de una máquina térmica: η = A / Q₁ = (Q₁ - Q₂) / Q₁ = 1 - Q₂ / Q₁ — muestra qué fracción del calor recibido se convierte en trabajo útil
La eficiencia es la fracción del calor recibido que se convierte en trabajo útil. Q₁ — cantidad de calor recibida del foco caliente; Q₂ — cantidad de calor cedida al foco frío. Cuanto menor sea Q₂, mayor será la eficiencia de la máquina.
Fórmula para la eficiencia del ciclo de Carnot: η = (T₁ - T₂) / T₁ = 1 - T₂ / T₁ — máxima eficiencia teórica de una máquina térmica que opera entre dos temperaturas
El ciclo de Carnot es un proceso reversible ideal que consta de dos etapas isotérmicas y dos adiabáticas. Su eficiencia depende solo de las temperaturas del foco caliente (T₁) y del foco frío (T₂), y no de la naturaleza de la sustancia de trabajo. La fórmula muestra la máxima eficiencia teórica alcanzable a temperaturas dadas.
Fórmula para la cantidad de calor durante la fusión o congelación: Q = λ·m — producto del calor latente específico de fusión y la masa de la sustancia
λ — calor latente específico de fusión (o cristalización); m — masa de la sustancia. La fórmula da la cantidad de calor necesaria para una transición entre estados sólido y líquido a temperatura constante.
Fórmula para la cantidad de calor durante la vaporización o condensación: Q = r·m — producto del calor latente específico de vaporización (o condensación) y la masa de la sustancia
r — calor latente específico de vaporización (o condensación); m — masa de la sustancia. El calor no se utiliza para el calentamiento, sino para cambiar el estado de agregación — de líquido a gas o viceversa.