Transformaciones termodinmicasCuadro-resumen de las transformaciones termodinmicas

Ecuacin de estado de un gas ideal pV=nRTEcuacin de una transformacin adiabticaRelacin entre los calores especficos cp-cV=R

ndice adiabtico de un gas ideal

Primer Principio de la Termodinmica ?U=Q-W

Transformacin Calor Trabajo Var. Energa Interna

Iscora (v=cte) Q=ncV(TB-TA) 0 ?U=ncV(TB-TA)

Isbara (p=cte) Q=ncp(TB-TA) W=p(VB-VA) ?U=ncV(TB-TA)

Isoterma (T=cte) Q=W ?U=0

Adibtica (Q=0) 0 W=-?U ?U=ncV(TB-TA)

Clculo del trabajo, calor y variacin de energa interna de una transformacin

En el primer applet se pueden examinar las diversas transformaciones termodinmicas, con datos introducidos por el usuario. Conocido el estado inicial y el estado final el programa calcula el trabajo, calor y variacin de energa interna.

Se introduce el estado inicial en los controles de edicin titulados presin, volumen y temperatura de la primera columna.

Si se elige la transformacin isbara pulsando en el botn de radio correspondiente situado en el panel izquierdo del applet, la presin final es la misma que la del estado inicial, solamente es necesario introducir el valor del volumen o de la temperatura del estado final. El programa calcula la variable que queda por especificar empleando la ecuacin de estado del gas ideal.

Si se elige la transformacin iscora, el volumen del estado inicial es el mismo que el volumen final, solamente es necesario introducir el valor de la presin o de la temperatura. El programa calcula la variable que queda por especificar empleando la ecuacin de estado del gas ideal.

Si se elige la transformacin isoterma, la temperatura del estado inicial es la misma que la temperatura del final, solamente es necesario introducir el valor de la presin o del volumen. El programa calcula la variable que queda por especificar empleando la ecuacin de estado del gas ideal.

Si se elige la transformacin adiabtica, solamente es necesario introducir el valor de la presin, o del volumen o de la temperatura, las dos variables restantes las calcula el programa empleando la ecuacin de de una transformacin adiabtica entre el estado inicial y final y la ecuacin de estado del gas ideal en el estado final.

El applet indica los datos que necesita el programa y avisa si se han introducido ms datos de los necesarios en los controles de edicin.

Pulsando el botn titulado Calcular, se completa el estado final y se calcula el trabajo, el calor y la variacin de energa interna. Adems, comienza una animacin, en la que observamos en la parte inferior, un cilindro que contiene el gas con un pistn mvil y que est en contacto con un foco de calor. El movimiento del pistn indica si el gas se expande o se comprime, y una flecha de color amarillo, indica si el sistema recibe calor del foco, o

p = cte V ?

? = c p c V

W = nRT ln V B V A

bien cede calor al foco.

En la parte superior, aparece la representacin grfica de la transformacin termodinmica en un diagrama pV.

En la parte derecha, un diagrama de barras en la que se representa comparativamente, el trabajo (en color azul), la variacin de energa interna (en color gris oscuro) y el calor (en color rojo). A partir de este diagrama podemos comprobar visualmente el primer principio. A medida que se recorre la sucesin de estados de equilibrio, entre el estado inicial y final, vemos como el sistema produce trabajo, cambia la energa interna, recibe o cede calor, etc.

Ciclos trmicos

El programa permite tambin examinar las distintas etapas de un ciclo trmico. En un ciclo el estado final de una etapa es el estado inicial de la siguiente. El botn titulado

Obtenemos el valor de las variables desconocidas V y T del estado final

V=7.95 litrosT=791.13 K

El trabajo W=-249.96 atmlEl calor Q=0La variacin de energa interna ?U=249.96 atml

Se pulsa el botn titulado

T=293 K

El trabajo: W=0 atmlEl calor: Q=-607.5 atmlLa variacin de energa interna: ?U=-607.5 atml

Ciclo completo

Variacin de energa interna: ?U=249.96+357.54+0-607.5=0Trabajo: W=-249.96+238.36+527.03+0=515.43 atmlCalor absorbido: Qabs=595.90+527.03=1122.93 atmlCalor cedido: Qced=607.5 atml

Comprobamos que W=Qabs-Qced

Rendimiento del ciclo

Se especifica el estado inicial, introduciendo la presin, volumen y temperatura en la primera columna del panel derecho.

Se elige el tipo de transformacin, pulsando en el botn de radio correspondiente situado en el panel izquierdo.

Se introduce los datos requeridos para el estado final, segn se indica en la lnea de estado, situada a la derecha de los botones.

Se pulsa el botn titulado Calcular.

La lnea de estado informa de los errores producidos, es decir, si faltan datos, o se han introducido ms de la cuenta.

Se subsana las deficiencias y se vuelve a pulsar el botn titulado Calcular.

Pulsando en el botn titulado

Este applet nos permite convertir una cantidad expresada en unidades del Sistema Internacional de Unidades en otra cantidad correspondiente a unidades que habitualmente se usan en Termodinmica, en el que la presin se mide en atmsferas, el volumen en litros y la temperatura en grados centgrados.

Para pasar desde el Sistema Internacional de Unidades al sistema ordinario de unidades empleado en Termodinmica:

1. Se introduce la cantidad a convertir en el control de edicin situado en la parte superior izquierda del applet.

2. Se selecciona la unidad de origen pulsando el botn de radio situado en el panel izquierdo, la unidad de destino queda automticamente seleccionada, salvo en el caso de la energa en la que hay una doble opcin, atmsferas por litro (por defecto) o caloras.

3. Se pulsa el botn titulado >>>.

La cantidad convertida aparece en el control de edicin situado en la parte superior derecha del applet.

Para convertir desde el sistema ordinario de unidades empleado en Termodinmica al Sistema Internacional, se procede de modo inverso:

1. Se introduce la cantidad a convertir en el control de edicin situado en la parte superior derecha del applet.

2. Se elige la unidad de origen pulsando en el botn de radio correspondiente a dicha unidad, la unidad de destino queda automticamente seleccionada.

3. Se pulsa el botn titulado

el primer applet.

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