Tabla de ecuaciones termodinámicas

Termodinámica

Las ecuaciones y cantidades termodinámicas comunes en termodinámica , utilizando notación matemática , son las siguientes:

Definiciones

Muchas de las definiciones que aparecen a continuación también se utilizan en la termodinámica de las reacciones químicas .

Magnitudes básicas generales

Cantidad (nombre común/s)Símbolo(s) (común(es))Unidad SIDimensión
Número de moléculasnorte11
Cantidad de sustancianorteMolnorte
TemperaturayoKO
Energía térmicaQ , qYoML2T - 2
Calor latenteQ LYoML2T - 2

Magnitudes derivadas generales

Cantidad (nombre común/s)Símbolo(s) (común(es))Definición de ecuaciónUnidad SIDimensión
Beta termodinámica , temperatura inversaβ β = 1 / k B T {\displaystyle \beta =1/k_{\text{B}}T} J -1T2M - 1L - 2
Temperatura termodinámicaτ τ = k B T {\displaystyle \tau =k_{\text{B}}T}

τ = k B ( U / S ) N {\displaystyle \tau =k_{\text{B}}\left(\partial U/\partial S\right)_{N}} 1 / τ = 1 / k B ( S / U ) N {\displaystyle 1/\tau =1/k_{\text{B}}\left(\partial S/\partial U\right)_{N}}

YoML2T - 2
EntropíaS S = k B i p i ln p i {\displaystyle S=-k_{\text{B}}\sum _{i}p_{i}\ln p_{i}}

S = ( F / T ) V {\displaystyle S=-\left(\partial F/\partial T\right)_{V}} , S = ( G / T ) N , P {\displaystyle S=-\left(\partial G/\partial T\right)_{N,P}}

J⋅K −1ML2T -- 1
PresiónPAG P = ( F / V ) T , N {\displaystyle P=-\left(\partial F/\partial V\right)_{T,N}}

P = ( U / V ) S , N {\displaystyle P=-\left(\partial U/\partial V\right)_{S,N}}

PensilvaniaML - 1T -2
Energía interna U = i E i {\displaystyle U=\sum _{i}E_{i}} YoML2T - 2
Entalpíayo H = U + p V {\displaystyle H=U+pV} YoML2T - 2
Función de particiónO11
Energía libre de GibbsGRAMO G = H T S {\displaystyle G=H-TS} YoML2T - 2
Potencial químico (del componente i en una mezcla)yo μ i = ( U / N i ) N j i , S , V {\displaystyle \mu _{i}=\left(\partial U/\partial N_{i}\right)_{N_{j\neq i},S,V}}

μ i = ( F / N i ) T , V {\displaystyle \mu _{i}=\left(\partial F/\partial N_{i}\right)_{T,V}} , donde no es proporcional a porque depende de la presión. , donde es proporcional a (siempre que la relación molar de la composición del sistema permanezca igual) porque depende solo de la temperatura, la presión y la composición. F {\displaystyle F} N {\displaystyle N} μ i {\displaystyle \mu _{i}} μ i = ( G / N i ) T , P {\displaystyle \mu _{i}=\left(\partial G/\partial N_{i}\right)_{T,P}} G {\displaystyle G} N {\displaystyle N} μ i {\displaystyle \mu _{i}} μ i / τ = 1 / k B ( S / N i ) U , V {\displaystyle \mu _{i}/\tau =-1/k_{\text{B}}\left(\partial S/\partial N_{i}\right)_{U,V}}

YoML2T - 2
Energía libre de HelmholtzA , F F = U T S {\displaystyle F=U-TS} YoML2T - 2
Potencial de Landau , energía libre de Landau, gran potencialΩ , ΦG Ω = U T S μ N   {\displaystyle \Omega =U-TS-\mu N\ } YoML2T - 2
Potencial de Massieu, entropía libre de HelmholtzΦ Φ = S U / T {\displaystyle \Phi =S-U/T} J⋅K −1ML2T -- 1
Potencial de Planck, entropía libre de GibbsO Ξ = Φ p V / T {\displaystyle \Xi =\Phi -pV/T} J⋅K −1ML2T -- 1

Propiedades térmicas de la materia

Cantidad (nombre común/s)Símbolo(s) (común(es))Definición de ecuaciónUnidad SIDimensión
Capacidad térmica/calor generaldo C = Q / T {\displaystyle C=\partial Q/\partial T} J⋅K −1ML2T -- 1
Capacidad calorífica (isobárica)C p C p = H / T {\displaystyle C_{p}=\partial H/\partial T} J⋅K −1ML2T -- 1
Capacidad calorífica específica (isobárica)C- mp C m p = 2 Q / m T {\displaystyle C_{mp}=\partial ^{2}Q/\partial m\partial T} J⋅kg 1⋅K −1L 2 T −2 Θ −1
Capacidad calorífica específica molar (isobárica)C- np C n p = 2 Q / n T {\displaystyle C_{np}=\partial ^{2}Q/\partial n\partial T} J⋅K −1 ⋅mol −1ML 2 T −2 Θ −1 N −1
Capacidad calorífica (isocórica/volumétrica)CV C V = U / T {\displaystyle C_{V}=\partial U/\partial T} J⋅K −1ML2T -- 1
Capacidad calorífica específica (isocórica)CmV C m V = 2 Q / m T {\displaystyle C_{mV}=\partial ^{2}Q/\partial m\partial T} J⋅kg 1⋅K −1L 2 T −2 Θ −1
Capacidad calorífica específica molar (isocórica)CnV C n V = 2 Q / n T {\displaystyle C_{nV}=\partial ^{2}Q/\partial n\partial T} J⋅K⋅ −1 mol −1ML 2 T −2 Θ −1 N −1
Calor latente específicoyo L = Q / m {\displaystyle L=\partial Q/\partial m} J⋅kg −1L2T - 2
Relación entre la capacidad térmica isobárica y la isocórica, relación entre la capacidad térmica , índice adiabático, coeficiente de Laplacegamma γ = C p / C V = c p / c V = C m p / C m V {\displaystyle \gamma =C_{p}/C_{V}=c_{p}/c_{V}=C_{mp}/C_{mV}} 11

Transferencia térmica

Cantidad (nombre común/s)Símbolo(s) (común(es))Definición de ecuaciónUnidad SIDimensión
Gradiente de temperaturaNo hay símbolo estándar T {\displaystyle \nabla T} k⋅m −1ΘL −1
Tasa de conducción térmica, corriente térmica, flujo térmico/calor , transferencia de potencia térmicaPAG P = d Q / d t {\displaystyle P=\mathrm {d} Q/\mathrm {d} t} YoMl2T - 3
Intensidad térmicaI I = d P / d A {\displaystyle I=\mathrm {d} P/\mathrm {d} A} W⋅m −2MT -3
Densidad de flujo térmico/calor (vector análogo de la intensidad térmica anterior)q Q = q d S d t {\displaystyle Q=\iint \mathbf {q} \cdot \mathrm {d} \mathbf {S} \mathrm {d} t} W⋅m −2MT -3

Ecuaciones

Las ecuaciones de este artículo están clasificadas por tema.

Procesos termodinámicos

Situación físicaEcuaciones
Proceso isentrópico (adiabático y reversible) Q = 0 , Δ U = W {\displaystyle Q=0,\quad \Delta U=-W}

Para un gas ideal
p 1 V 1 γ = p 2 V 2 γ {\displaystyle p_{1}V_{1}^{\gamma }=p_{2}V_{2}^{\gamma }}
T 1 V 1 γ 1 = T 2 V 2 γ 1 {\displaystyle T_{1}V_{1}^{\gamma -1}=T_{2}V_{2}^{\gamma -1}}
p 1 1 γ T 1 γ = p 2 1 γ T 2 γ {\displaystyle p_{1}^{1-\gamma }T_{1}^{\gamma }=p_{2}^{1-\gamma }T_{2}^{\gamma }}

Proceso isotérmico Δ U = 0 , W = Q {\displaystyle \Delta U=0,\quad W=Q}

Para un gas ideal
W = k T N ln ( V 2 / V 1 ) {\displaystyle W=kTN\ln(V_{2}/V_{1})} W = n R T ln ( V 2 / V 1 ) {\displaystyle W=nRT\ln(V_{2}/V_{1})}

Proceso isobáricop 1 = p 2 , p = constante

W = p Δ V , Q = Δ U + p δ V {\displaystyle W=p\Delta V,\quad Q=\Delta U+p\delta V}

Proceso isocóricoV 1 = V 2 , V = constante

W = 0 , Q = Δ U {\displaystyle W=0,\quad Q=\Delta U}

Expansión libre Δ U = 0 {\displaystyle \Delta U=0}
Trabajo realizado por un gas en expansiónProceso

W = V 1 V 2 p d V {\displaystyle W=\int _{V_{1}}^{V_{2}}p\mathrm {d} V}

Trabajo neto realizado en procesos cíclicos
W = c y c l e p d V = c y c l e Δ Q {\displaystyle W=\oint _{\mathrm {cycle} }p\mathrm {d} V=\oint _{\mathrm {cycle} }\Delta Q}

Teoría cinética

Ecuaciones de gases ideales
Situación físicaNomenclaturaEcuaciones
Ley de los gases ideales
p V = n R T = k T N {\displaystyle pV=nRT=kTN}

p 1 V 1 p 2 V 2 = n 1 T 1 n 2 T 2 = N 1 T 1 N 2 T 2 {\displaystyle {\frac {p_{1}V_{1}}{p_{2}V_{2}}}={\frac {n_{1}T_{1}}{n_{2}T_{2}}}={\frac {N_{1}T_{1}}{N_{2}T_{2}}}}

Presión de un gas ideal
  • m = masa de una molécula
  • M m = masa molar
p = N m v 2 3 V = n M m v 2 3 V = 1 3 ρ v 2 {\displaystyle p={\frac {Nm\langle v^{2}\rangle }{3V}}={\frac {nM_{m}\langle v^{2}\rangle }{3V}}={\frac {1}{3}}\rho \langle v^{2}\rangle }

Gas ideal

CantidadEcuación generalIsobárico
Δ ​​p = 0
Isocórico
Δ ​​V = 0
Isoterma
Δ T = 0
Adiabático
Q = 0 {\displaystyle Q=0}
Trabajo
W
δ W = p d V {\displaystyle \delta W=-pdV\;} p Δ V {\displaystyle -p\Delta V\;} 0 {\displaystyle 0\;} n R T ln V 2 V 1 {\displaystyle -nRT\ln {\frac {V_{2}}{V_{1}}}\;}

n R T ln P 1 P 2 {\displaystyle -nRT\ln {\frac {P_{1}}{P_{2}}}\;}

P V γ ( V f 1 γ V i 1 γ ) 1 γ = C V ( T 2 T 1 ) {\displaystyle {\frac {PV^{\gamma }(V_{f}^{1-\gamma }-V_{i}^{1-\gamma })}{1-\gamma }}=C_{V}\left(T_{2}-T_{1}\right)}
Capacidad calorífica
C
(en cuanto al gas real) C p = 5 2 n R {\displaystyle C_{p}={\frac {5}{2}}nR}
(para gas ideal monoatómico)

C p = 7 2 n R {\displaystyle C_{p}={\frac {7}{2}}nR}
(para gas ideal diatómico)

C V = 3 2 n R {\displaystyle C_{V}={\frac {3}{2}}nR}
(para gas ideal monoatómico)

C V = 5 2 n R {\displaystyle C_{V}={\frac {5}{2}}nR\;}
(para gas ideal diatómico)

Energía interna
Δ U
Δ U = C V Δ T {\displaystyle \Delta U=C_{V}\Delta T\;} Q + W {\displaystyle Q+W\;}

Q p p Δ V {\displaystyle Q_{p}-p\Delta V}
Q {\displaystyle Q\;}

C V ( T 2 T 1 ) {\displaystyle C_{V}\left(T_{2}-T_{1}\right)}
0 {\displaystyle 0\;}
Q = W {\displaystyle Q=-W}
W {\displaystyle W\;}
C V ( T 2 T 1 ) {\displaystyle C_{V}\left(T_{2}-T_{1}\right)}
Entalpía
Δ H
H = U + p V {\displaystyle H=U+pV\;} C p ( T 2 T 1 ) {\displaystyle C_{p}\left(T_{2}-T_{1}\right)\;} Q V + V Δ p {\displaystyle Q_{V}+V\Delta p\;} 0 {\displaystyle 0\;} C p ( T 2 T 1 ) {\displaystyle C_{p}\left(T_{2}-T_{1}\right)\;}
Entropía
Δ s
Δ S = C V ln T 2 T 1 + n R ln V 2 V 1 {\displaystyle \Delta S=C_{V}\ln {T_{2} \over T_{1}}+nR\ln {V_{2} \over V_{1}}}
Δ S = C p ln T 2 T 1 n R ln p 2 p 1 {\displaystyle \Delta S=C_{p}\ln {T_{2} \over T_{1}}-nR\ln {p_{2} \over p_{1}}} [1]
C p ln T 2 T 1 {\displaystyle C_{p}\ln {\frac {T_{2}}{T_{1}}}\;} C V ln T 2 T 1 {\displaystyle C_{V}\ln {\frac {T_{2}}{T_{1}}}\;} n R ln V 2 V 1 {\displaystyle nR\ln {\frac {V_{2}}{V_{1}}}\;}
Q T {\displaystyle {\frac {Q}{T}}\;}
C p ln V 2 V 1 + C V ln p 2 p 1 = 0 {\displaystyle C_{p}\ln {\frac {V_{2}}{V_{1}}}+C_{V}\ln {\frac {p_{2}}{p_{1}}}=0\;}
Constante {\displaystyle \;} V T {\displaystyle {\frac {V}{T}}\;} p T {\displaystyle {\frac {p}{T}}\;} p V {\displaystyle pV\;} p V γ {\displaystyle pV^{\gamma }\;}

Entropía

  • S = k B ln Ω {\displaystyle S=k_{\mathrm {B} }\ln \Omega } , donde k B es la constante de Boltzmann y Ω denota el volumen del macroestado en el espacio de fases o también llamado probabilidad termodinámica.
  • d S = δ Q T {\displaystyle dS={\frac {\delta Q}{T}}} , sólo para procesos reversibles

Física estadística

A continuación se presentan resultados útiles de la distribución de Maxwell-Boltzmann para un gas ideal y las implicaciones de la magnitud de la entropía. La distribución es válida para átomos o moléculas que constituyen gases ideales.

Situación físicaNomenclaturaEcuaciones
Distribución de Maxwell-Boltzmann
  • v = velocidad del átomo/molécula,
  • m = masa de cada molécula (todas las moléculas son idénticas en la teoría cinética),
  • γ ( p ) = factor de Lorentz en función del momento (ver más abajo)
  • Relación entre la masa-energía térmica y la masa-energía en reposo de cada molécula: θ = k B T / m c 2 {\displaystyle \theta =k_{\text{B}}T/mc^{2}}

K 2 es la función de Bessel modificada del segundo tipo.

Velocidades no relativistas

P ( v ) = 4 π ( m 2 π k B T ) 3 / 2 v 2 e m v 2 / 2 k B T {\displaystyle P\left(v\right)=4\pi \left({\frac {m}{2\pi k_{\text{B}}T}}\right)^{3/2}v^{2}e^{-mv^{2}/2k_{\text{B}}T}}

Velocidades relativistas (distribución de Maxwell-Jüttner)
f ( p ) = 1 4 π m 3 c 3 θ K 2 ( 1 / θ ) e γ ( p ) / θ {\displaystyle f(p)={\frac {1}{4\pi m^{3}c^{3}\theta K_{2}(1/\theta )}}e^{-\gamma (p)/\theta }}

Logaritmo de entropía de la densidad de estados
  • P i = probabilidad del sistema en el microestado i
  • Ω = número total de microestados
S = k B i P i ln P i = k B ln Ω {\displaystyle S=-k_{\text{B}}\sum _{i}P_{i}\ln P_{i}=k_{\mathrm {B} }\ln \Omega }

dónde:
P i = 1 / Ω {\displaystyle P_{i}=1/\Omega }

Cambio de entropía Δ S = Q 1 Q 2 d Q T {\displaystyle \Delta S=\int _{Q_{1}}^{Q_{2}}{\frac {\mathrm {d} Q}{T}}}

Δ S = k B N ln V 2 V 1 + N C V ln T 2 T 1 {\displaystyle \Delta S=k_{\text{B}}N\ln {\frac {V_{2}}{V_{1}}}+NC_{V}\ln {\frac {T_{2}}{T_{1}}}}

Fuerza entrópica F S = T S {\displaystyle \mathbf {F} _{\mathrm {S} }=-T\nabla S}
Teorema de equiparticiónd f = grado de libertadEnergía cinética media por grado de libertad

E k = 1 2 k T {\displaystyle \langle E_{\mathrm {k} }\rangle ={\frac {1}{2}}kT}

Energía interna U = d f E k = d f 2 k T {\displaystyle U=d_{\text{f}}\langle E_{\mathrm {k} }\rangle ={\frac {d_{\text{f}}}{2}}kT}

Los corolarios de la distribución de Maxwell-Boltzmann no relativista se muestran a continuación.

Situación físicaNomenclaturaEcuaciones
Velocidad media v = 8 k B T π m {\displaystyle \langle v\rangle ={\sqrt {\frac {8k_{\text{B}}T}{\pi m}}}}
Velocidad cuadrática media v r m s = v 2 = 3 k B T m {\displaystyle v_{\mathrm {rms} }={\sqrt {\langle v^{2}\rangle }}={\sqrt {\frac {3k_{\text{B}}T}{m}}}}
Velocidad modal v m o d e = 2 k B T m {\displaystyle v_{\mathrm {mode} }={\sqrt {\frac {2k_{\text{B}}T}{m}}}}
Trayectoria libre media
  • σ = sección transversal efectiva
  • n = densidad de volumen del número de partículas objetivo
  • = recorrido libre medio
= 1 / 2 n σ {\displaystyle \ell =1/{\sqrt {2}}n\sigma }

Procesos cuasiestáticos y reversibles

Para los procesos cuasiestáticos y reversibles , la primera ley de la termodinámica es:

d U = δ Q δ W {\displaystyle dU=\delta Q-\delta W}

donde δQ es el calor suministrado al sistema y δW es el trabajo realizado por el sistema.

Potenciales termodinámicos

Las siguientes energías se denominan potenciales termodinámicos ,

NombreSímboloFórmulaVariables naturales
Energía interna U {\displaystyle U} ( T d S p d V + i μ i d N i ) {\displaystyle \int \left(T\,\mathrm {d} S-p\,\mathrm {d} V+\sum _{i}\mu _{i}\mathrm {d} N_{i}\right)} S , V , { N i } {\displaystyle S,V,\{N_{i}\}}
Energía libre de Helmholtz F {\displaystyle F} U T S {\displaystyle U-TS} T , V , { N i } {\displaystyle T,V,\{N_{i}\}}
Entalpía H {\displaystyle H} U + p V {\displaystyle U+pV} S , p , { N i } {\displaystyle S,p,\{N_{i}\}}
Energía libre de Gibbs G {\displaystyle G} U + p V T S {\displaystyle U+pV-TS} T , p , { N i } {\displaystyle T,p,\{N_{i}\}}
Potencial de Landau, o
gran potencial
Ω {\displaystyle \Omega } , Φ G {\displaystyle \Phi _{\text{G}}} U T S {\displaystyle U-TS-} i {\displaystyle \sum _{i}\,} μ i N i {\displaystyle \mu _{i}N_{i}} T , V , { μ i } {\displaystyle T,V,\{\mu _{i}\}}

y las relaciones termodinámicas fundamentales correspondientes o "ecuaciones maestras" [2] son:

PotencialDiferencial
Energía interna d U ( S , V , N i ) = T d S p d V + i μ i d N i {\displaystyle dU\left(S,V,{N_{i}}\right)=TdS-pdV+\sum _{i}\mu _{i}dN_{i}}
Entalpía d H ( S , p , N i ) = T d S + V d p + i μ i d N i {\displaystyle dH\left(S,p,{N_{i}}\right)=TdS+Vdp+\sum _{i}\mu _{i}dN_{i}}
Energía libre de Helmholtz d F ( T , V , N i ) = S d T p d V + i μ i d N i {\displaystyle dF\left(T,V,{N_{i}}\right)=-SdT-pdV+\sum _{i}\mu _{i}dN_{i}}
Energía libre de Gibbs d G ( T , p , N i ) = S d T + V d p + i μ i d N i {\displaystyle dG\left(T,p,{N_{i}}\right)=-SdT+Vdp+\sum _{i}\mu _{i}dN_{i}}

Relaciones de Maxwell

Las cuatro relaciones de Maxwell más comunes son:

Situación físicaNomenclaturaEcuaciones
Potenciales termodinámicos en función de sus variables naturales
( T V ) S = ( P S ) V = 2 U S V {\displaystyle \left({\frac {\partial T}{\partial V}}\right)_{S}=-\left({\frac {\partial P}{\partial S}}\right)_{V}={\frac {\partial ^{2}U}{\partial S\partial V}}}

( T P ) S = + ( V S ) P = 2 H S P {\displaystyle \left({\frac {\partial T}{\partial P}}\right)_{S}=+\left({\frac {\partial V}{\partial S}}\right)_{P}={\frac {\partial ^{2}H}{\partial S\partial P}}}

+ ( S V ) T = ( P T ) V = 2 F T V {\displaystyle +\left({\frac {\partial S}{\partial V}}\right)_{T}=\left({\frac {\partial P}{\partial T}}\right)_{V}=-{\frac {\partial ^{2}F}{\partial T\partial V}}}

( S P ) T = ( V T ) P = 2 G T P {\displaystyle -\left({\frac {\partial S}{\partial P}}\right)_{T}=\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{P}={\frac {\partial ^{2}G}{\partial T\partial P}}}

Más relaciones incluyen las siguientes.

( S U ) V , N = 1 T {\displaystyle \left({\partial S \over \partial U}\right)_{V,N}={1 \over T}} ( S V ) N , U = p T {\displaystyle \left({\partial S \over \partial V}\right)_{N,U}={p \over T}} ( S N ) V , U = μ T {\displaystyle \left({\partial S \over \partial N}\right)_{V,U}=-{\mu \over T}}
( T S ) V = T C V {\displaystyle \left({\partial T \over \partial S}\right)_{V}={T \over C_{V}}} ( T S ) P = T C P {\displaystyle \left({\partial T \over \partial S}\right)_{P}={T \over C_{P}}}
( p V ) T = 1 V K T {\displaystyle -\left({\partial p \over \partial V}\right)_{T}={1 \over {VK_{T}}}}

Otras ecuaciones diferenciales son:

NombreyoGRAMO
Ecuación de Gibbs-Helmholtz H = T 2 ( ( G / T ) T ) p {\displaystyle H=-T^{2}\left({\frac {\partial \left(G/T\right)}{\partial T}}\right)_{p}} U = T 2 ( ( F / T ) T ) V {\displaystyle U=-T^{2}\left({\frac {\partial \left(F/T\right)}{\partial T}}\right)_{V}} G = V 2 ( ( F / V ) V ) T {\displaystyle G=-V^{2}\left({\frac {\partial \left(F/V\right)}{\partial V}}\right)_{T}}
( H p ) T = V T ( V T ) P {\displaystyle \left({\frac {\partial H}{\partial p}}\right)_{T}=V-T\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{P}} ( U V ) T = T ( P T ) V P {\displaystyle \left({\frac {\partial U}{\partial V}}\right)_{T}=T\left({\frac {\partial P}{\partial T}}\right)_{V}-P}

Propiedades cuánticas

  • U = N k B T 2 ( ln Z T ) V {\displaystyle U=Nk_{\text{B}}T^{2}\left({\frac {\partial \ln Z}{\partial T}}\right)_{V}}
  • S = U T + N k B ln Z N k ln N + N k {\displaystyle S={\frac {U}{T}}+Nk_{\text{B}}\ln Z-Nk\ln N+Nk} Partículas indistinguibles

donde N es el número de partículas, h es la constante de Planck , I es el momento de inercia y Z es la función de partición , en varias formas:

Grado de libertadFunción de partición
Traducción Z t = ( 2 π m k B T ) 3 2 V h 3 {\displaystyle Z_{t}={\frac {(2\pi mk_{\text{B}}T)^{\frac {3}{2}}V}{h^{3}}}}
Vibración Z v = 1 1 e h ω 2 π k B T {\displaystyle Z_{v}={\frac {1}{1-e^{\frac {-h\omega }{2\pi k_{\text{B}}T}}}}}
Rotación Z r = 2 I k B T σ ( h 2 π ) 2 {\displaystyle Z_{r}={\frac {2Ik_{\text{B}}T}{\sigma ({\frac {h}{2\pi }})^{2}}}}

Propiedades térmicas de la materia

CoeficientesEcuación
Coeficiente de Joule-Thomson μ J T = ( T p ) H {\displaystyle \mu _{JT}=\left({\frac {\partial T}{\partial p}}\right)_{H}}
Compresibilidad (temperatura constante) K T = 1 V ( V p ) T , N {\displaystyle K_{T}=-{1 \over V}\left({\partial V \over \partial p}\right)_{T,N}}
Coeficiente de expansión térmica (presión constante) α p = 1 V ( V T ) p {\displaystyle \alpha _{p}={\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{p}}
Capacidad calorífica (presión constante) C p = ( Q r e v T ) p = ( U T ) p + p ( V T ) p = ( H T ) p = T ( S T ) p {\displaystyle C_{p}=\left({\partial Q_{rev} \over \partial T}\right)_{p}=\left({\partial U \over \partial T}\right)_{p}+p\left({\partial V \over \partial T}\right)_{p}=\left({\partial H \over \partial T}\right)_{p}=T\left({\partial S \over \partial T}\right)_{p}}
Capacidad calorífica (volumen constante) C V = ( Q r e v T ) V = ( U T ) V = T ( S T ) V {\displaystyle C_{V}=\left({\partial Q_{rev} \over \partial T}\right)_{V}=\left({\partial U \over \partial T}\right)_{V}=T\left({\partial S \over \partial T}\right)_{V}}

Transferencia térmica

Situación físicaNomenclaturaEcuaciones
Intensidad neta de emisión/absorción
  • T externa = temperatura externa (fuera del sistema)
  • T sistema = temperatura interna (dentro del sistema)
  • ε = emisividad
I = σ ϵ ( T e x t e r n a l 4 T s y s t e m 4 ) {\displaystyle I=\sigma \epsilon \left(T_{\mathrm {external} }^{4}-T_{\mathrm {system} }^{4}\right)}
Energía interna de una sustancia
  • C V = capacidad calorífica isovolumétrica de la sustancia
  • Δ T = cambio de temperatura de la sustancia
Δ U = N C V Δ T {\displaystyle \Delta U=NC_{V}\Delta T}
Ecuación de Meyer
  • C p = capacidad calorífica isobárica
  • C V = capacidad calorífica isovolumétrica
  • n = cantidad de sustancia
C p C V = n R {\displaystyle C_{p}-C_{V}=nR}
Conductividades térmicas efectivas
  • λ i = conductividad térmica de la sustancia i
  • λ neta = conductividad térmica equivalente
Serie

λ n e t = j λ j {\displaystyle \lambda _{\mathrm {net} }=\sum _{j}\lambda _{j}}

Paralelo 1 λ n e t = j ( 1 λ j ) {\displaystyle {\frac {1}{\lambda }}_{\mathrm {net} }=\sum _{j}\left({\frac {1}{\lambda }}_{j}\right)}

Eficiencias térmicas

Situación físicaNomenclaturaEcuaciones
Motores termodinámicos
  • η = eficiencia
  • W = trabajo realizado por el motor
  • Q H = energía térmica en un depósito de mayor temperatura
  • Q L = energía térmica en el depósito de menor temperatura
  • T H = temperatura del depósito de temperatura más alta
  • TL = temperatura del depósito de temperatura inferior
Motor termodinámico:

η = | W Q H | {\displaystyle \eta =\left|{\frac {W}{Q_{\text{H}}}}\right|}

Eficiencia del motor de Carnot:
η c = 1 | Q L Q H | = 1 T L T H {\displaystyle \eta _{\text{c}}=1-\left|{\frac {Q_{\text{L}}}{Q_{\text{H}}}}\right|=1-{\frac {T_{\text{L}}}{T_{\text{H}}}}}

RefrigeraciónK = coeficiente de rendimiento de refrigeraciónRendimiento de refrigeración

K = | Q L W | {\displaystyle K=\left|{\frac {Q_{\text{L}}}{W}}\right|}

Rendimiento de refrigeración de Carnot K C = | Q L | | Q H | | Q L | = T L T H T L {\displaystyle K_{\text{C}}={\frac {|Q_{\text{L}}|}{|Q_{\text{H}}|-|Q_{\text{L}}|}}={\frac {T_{\text{L}}}{T_{\text{H}}-T_{\text{L}}}}}

Véase también

Referencias

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  2. ^ Química física, PW Atkins, Oxford University Press, 1978, ISBN  0 19 855148 7
  • Atkins, Peter y de Paula, Julio Química Física , 7ma edición, WH Freeman and Company, 2002 ISBN 0-7167-3539-3 . 
    • Capítulos 1–10, Parte 1: "Equilibrio".
  • Bridgman, PW (1 de marzo de 1914). "Una colección completa de fórmulas termodinámicas". Physical Review . 3 (4). American Physical Society (APS): 273–281. doi :10.1103/physrev.3.273. ISSN  0031-899X.
  • Landsberg, Peter T. Termodinámica y mecánica estadística . Nueva York: Dover Publications, Inc., 1990. (reimpreso de Oxford University Press, 1978) .
  • Lewis, GN, y Randall, M., "Termodinámica", 2ª edición, McGraw-Hill Book Company, Nueva York, 1961.
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  • Silbey, Robert J., et al. Química física , 4.ª ed. Nueva Jersey: Wiley, 2004.
  • Callen, Herbert B. (1985). Termodinámica y una introducción a la termoestadística , 2.ª edición, Nueva York: John Wiley & Sons.
  • Calculadora de ecuaciones termodinámicas
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