Termodinámica

La termodinámica estudia cómo se transforma y se transfiere la energía en forma de calor y trabajo. Este grupo lo comparten los temarios de Ciencias Médico Biológicas e Ingeniería y Ciencias Físico Matemáticas del IPN, por lo que se espera tanto la comprensión conceptual de las leyes como el manejo de fórmulas sencillas. Hay otros temarios del IPN con el mismo título que se centran en otros contenidos; aquí el eje son las magnitudes térmicas y las dos primeras leyes.

Qué debes dominar

• Temperatura y escalas: Celsius, Kelvin y Fahrenheit, con sus conversiones (K = °C + 273.15).
• Calor: energía en tránsito por diferencia de temperatura; Q = m · c · ΔT.
• Transferencia de calor: conducción, convección y radiación.
• Dilatación térmica: lineal, superficial y volumétrica.
• Primera ley: ΔU = Q − W, que expresa la conservación de la energía.
• Segunda ley: el calor fluye espontáneamente del cuerpo caliente al frío; ninguna máquina térmica convierte todo el calor en trabajo.

Ejemplo: calentar 0.5 kg de agua 20 °C requiere Q = 0.5 · 4186 · 20 = 41 860 J. Si un gas recibe 500 J de calor y realiza 200 J de trabajo, su energía interna aumenta en 500 − 200 = 300 J.

Cómo practicarlo

Con un cálculo corto de calor, un cambio de escala o una situación cotidiana (una cuchara metálica en una sopa, el motor de un auto) en la que debes nombrar el mecanismo de transferencia o la ley involucrada. La eficiencia de una máquina térmica también aparece como razón entre trabajo útil y calor suministrado.

Errores comunes

• Confundir calor con temperatura.
• Dejar la temperatura en °C en fórmulas que piden kelvin.
• Cambiar el signo del trabajo en la primera ley.
• Olvidar que durante un cambio de estado la temperatura no varía aunque se agregue calor.