Primera Ley de Later Modin Mica 0002
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PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA
PRIMERA LEYDE LATERMODINMICA
Especialista en Enseanza de la Fsica Marcos GuerreroIng. Marcos Guerrero1
TEMARIOConceptos Bsicos de Termodinmica.
Primera Ley de la TermodinmicaAplicacindelaPrimeraLeydela
Termodinmicaenprocesosyciclos
termodinmicos
Ing. Marcos Guerrero2
CONCEPTOS BSICOS DETERMODINMICAIng. Marcos Guerrero3
Qu es laTermodinmica?La termodinmica es la parte de la Fsica que estudia la energa de un sistema y la transferencia de energa con el entorno
Ing. Marcos Guerrero4
Sistema: Parte del universo que es objeto de estudio.Entorno, alrededores, medio ambiente: Resto del universoTipos de sistemasAbiertoCerrado
AisladoPuede
Materia
Materia
Materiaintercambiar Energa
Energa
Energa
Ing. Marcos Guerrero5
Ing. Marcos Guerrero6
SISTEMA TERMODINMICOUn sistema termodinmico es un sistema cerrado en el que se puede producir transferencia de Energa con el entorno. (Por ejemplo, el gas, las
paredes y el cilindro de un motor de automvil.)Ing. Marcos Guerrero7
VARIABLES DE ESTADO YECUACIN DE ESTADO4 son las variables de estado que describen la cantidad de un gas
P la presinV el volumenn el nmero de molesT la temperatura absoluta
pV = nRT es un ejemplo de unaecuacin de estado de un gas ideal, la cual es una simple relacin entre las variables de estado.
Ing. Marcos Guerrero8
Qu esungasideal?Un gas que cumple la ecuacin de estado de los gases ideales y que se encuentra a baja presin y altas temperaturas.
Ing. Marcos Guerrero9
A nivel microscpico, qu produceelcambio detemperatura deungasideal?T ECtIng. Marcos Guerrero10
A nivel microscpico, qu produceelcambio detemperatura deungasideal?frecuencia con que chocanP las molculas con elrecipiente que los contieneIng. Marcos Guerrero11
PROCESOS CUASIESTTICOSTambin llamado proceso en cuasiequilibrio. Es un proceso que se lo lleva lentamente y en cada instante de tiempo el gas ideal se encuentra en equilibrio termodinmico.
Ejemplos de procesos cuasiestticos en gases ideales:iscoro:V = constisobrico:P = constisotrmico:T = constadiabtico:Q = 0Ing. Marcos Guerrero12
Qu significa que un gas ideal,seencuentreenequilibrio termodinmico?Ing. Marcos Guerrero13
PROCESO REVERSIBLEUn proceso es reversible si se realiza mediante una sucesin de estados de equilibrio termodinmico del sistema y es posible devolver al sistema y su entorno al estado inicial por el mismo
camino.Ing. Marcos Guerrero14
ENERGA INTERNA (U)Laenergainternasedefinecomolasumadetodas las energas cinticas y potenciales de las
molculas.La energa interna es una funcin de estado.Enelcasodelosgasesidealeslaenerga
interna es funcin de su temperatura absoluta.Ing. Marcos Guerrero15
ES LOMISMOENERGATRMICA YCALOR(Q)?La energa trmica es la parte de la energa interna de un cuerpo que va a
otro cuerpo.
El trmino calor se utiliza para dar entender el flujo de energa trmica debido a la diferencia de temperaturas entre dos cuerpos en contacto trmico.
Ing. Marcos Guerrero16
TRABAJO HECHOPORELSISTEMA SOBRE ELENTORNOGas contenido en un cilindro a unapresin P efecta trabajo sobre un
mbolo mvil cuando el sistema se expande de un volumen V a un volumen V + dV.
dW = Fdy = PAdydW = PdVIng. Marcos Guerrero17
ElproductoPresinyVolumen,quunidadestiene enel S.I.?Ing. Marcos Guerrero18
El trabajo total cuando el volumen
cambia de Vi a Vf es:V fW V PdVEl trabajo positivo representa una transferencia de energa entre el sistema y el entorno y cuando el trabajo es negativo representa una transferencia de energa del entorno al sistema.El trabajo efectuado en la expansin desde el estado inicial hasta el estado final es el rea bajo la curva en un diagrama PV.Ing. Marcos Guerrero19
TrayectoriasEl trabajo realizado por un sistema depende de los estados inicial y final y de la trayectoria seguida por el sistema entre dichos estados.Ing. Marcos Guerrero20
La energa interna en un gasideal ser una funcin de estado que depende de la trayectoria?Ing. Marcos Guerrero21
Un recipiente con su pistn contiene en su interior un gas ideal atemperatura T, volumen V y presin P, tal como se muestra en la figura. Cules son las unidades del producto PV?
A)Newton
B)Joules
C)kilogramo
D) Pascal
E) Ninguna de las unidades anteriores.
Presin constante
Ing. Marcos Guerrero22
Un gas ideal se encuentra en el interior de un recipiente con su pistn. El gas se lo lleva de un estado de equilibrio termodinmico A a un nuevo estado de equilibrio termodinmico B, tal como se muestra en el diagrama P-V. Eltrabajo hecho sobre el gas entre los puntos A y B es:A)el rea bajo la curva P-V.PB)el negativo del rea bajo la curva
P-V.
C)puede ser positivo o negativo del
rea bajo la curva P-V
D) cero.
BA
VB VAV
Ing. Marcos Guerrero23
Un gas ideal se encuentra en el interior de un recipiente con su pistn. El gas se lo lleva de un estado de equilibrio termodinmico 1 a un nuevo estado de equilibrio termodinmico 2, por diferentes trayectorias A, B y C, tal como se muestra en el diagrama P-V. La energa interna se incrementa en todos los procesos. El trabajo hecho por el gas
entre los puntos 1 y 2 es mayor en:A)la trayectoria A.PAB)la trayectoria B.BC)la trayectoria C.D)eltrabajoeselmismoenlas3Ctrayectorias.1V1V2VIng. Marcos Guerrero24
Un gas ideal se encuentra en el interior de un recipiente con supistn. El gas se lo lleva de un estado de equilibrio termodinmico 1 a un nuevo estado de equilibrio termodinmico 2, por diferentes trayectorias A, B y C, tal como se muestra en el diagrama P-V. La energa interna se incrementa en todos los procesos. El cambio de energa interna
entre los puntos 1 y 2 es mayor en:PA)la trayectoria A.A2B)la trayectoria B.BC)la trayectoria C.CD) es el mismo en las 3 trayectorias.1
V1V2VIng. Marcos Guerrero25
PRIMERA LEY DELATERMODINMICA.Ing. Marcos Guerrero26
PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA.Relaciona la variacin de energa interna de un sistema y los mecanismos de transferencia de energa entre el sistema y el entorno.
En ecuacin matemtica se traduce como:La primera ley de la termodinmica es la ley de conservacin dela energa.Ing. Marcos Guerrero27
Ing. Marcos Guerrero28
PositivoNegativoCeroQ Se transfiere energa trmica del entorno al sistema
Se transfiere energa trmica del sistema al entorno
No hay transferencia de energa trmica entre el sistema yel entorno.ULaenergaLaenergaLaenerga
internadelinternadelinternase
sistemasesistemamantiene
incrementaW El sistema ejerce un trabajo sobre el entorno.
disminuyeEl entorno ejerce un trabajo sobre el sistema
constante.No se realiza trabajo entre el sistema y elentorno
Ing. Marcos Guerrero29
APLICACIONES DE LAPRIMERA LEY DE LATERMODINAMICAIng. Marcos Guerrero30
PROCESO ISOTRMICOUn proceso a temperatura constante se llama isotrmico. Si consideramos un gas ideal es trabajo es:
U 0Q WPuedehaberexpansinisotrmicaocomprensin isotrmica.
Ing. Marcos Guerrero31
FAMILIA DE LAS ISOTRMASIng. Marcos Guerrero32
A nivel macroscpico cmo seexplica que no existe cambio de energa interna en un proceso isotrmico? y a nivel microscpico?VideoIng. Marcos Guerrero33
Un gas ideal se encuentra en el interior de un recipiente con su pistn. El gas es llevado desde el estado termodinmico 1 al Nuevo estado termodinmico 2, a travs de un proceso isotrmico, tal como se muestra en el diagrama P-V. El trabajo hecho por el gas entre los puntos 1 y 2 es:
A) positivoB) negativoP1C) puede ser positivo o
negativo
D) cero porque es un proceso isotrmico.
Curva isotrmica
2
V1 V2 VIng. Marcos Guerrero34
Un gas ideal se encuentra en el interior de un recipiente consu pistn. El gas es llevado desde el estado termodinmico 1 al Nuevo estado termodinmico 2, a travs de un proceso isotrmico, tal como se muestra en el diagrama P-V. El cambio de energa interna entre los puntos 1 y 2 es:
A) positivoB) negativo1C) puede ser positivo o
negativo
D) cero porque es un proceso
isotrmico.
Curvaisotrmica2
V1 V2 VIng. Marcos Guerrero35
A continuacin se tiene un proceso en el que se realiza una expansin isotmica. La energa trmica que se transfiere al gas es:
A.Igual al trabajo hecho por el gas.
B.Igual al trabajo hecho sobre el gas. C.Mayor al trabajo hecho sobre el gas. D.Menor al trabajo hecho por el gas
Ing. Marcos Guerrero36
PROCESO ADIABTICOEn un proceso adiabtico no hay flujo de calor entre el sistema
y sus alrededores.Q 0U WPuedehaberexpansinadiabticaocomprensin adiabtica.
Ing. Marcos Guerrero37
Se puede demostrar que la curva que describe estatransformacin espV
cte.
adiabticasDonde = (Cp/CV) = 1.67, para gas ideal
isotermas
Ing. Marcos Guerrero38
A nivel macroscpico cmo seexplica que hay cambio de temperatura en un proceso adiabtico? y a nivel microscpico?VideoIng. Marcos Guerrero39
PROCESOISOBRICOUn proceso a presin constante se denomina isobrico, el
trabajo realizado es:W PV
Vi
Q U WPuedehaberexpansinisobricaocomprensin isobrica.
Ing. Marcos Guerrero40
A nivel macroscpico cmo seexplica que se mantiene la presin constante en un proceso isobrico? y nivel microscpico?VideoIng. Marcos Guerrero41
PROCESO ISOCRICOUn proceso a volumen constante se llama isovolumtrico (o isocrico), en tal proceso el trabajo es cero y entonces: U = QW = 0Ing. Marcos Guerrero42
Un trabajo es adiabtico si no entra o sale energa trmica del sistemas, es decir, si Q = 0. En tal caso:
Expansin libre adiabtica
U = WPara la expansin libre adiabtica
Q = 0 y W = 0, U = 0
La temperatura de un gas ideal que sufre una expansin libre permanece constante.
vaco
Gas a Ti
membrana
Muro aislante
Como el volumen del gas cambia, la energa interna debe ser independiente del volumen, por lo tanto
Tf = Timembrana
Uideal = U(T)Ing. Marcos Guerrero43
Una expansin libre ocurre cuando una vvula es abierta y permite que un gas se expnadaen el interior de un recipiente. En este proceso la temperartura del gas:
1)aumenta
2)disminuye
3)permanece igual
Ing. Marcos Guerrero44
Para un sistema aislado el cambio en la energa interna es cero.Puesto que para un sistema aislado Q = W = 0, U = 0.En un proceso cclico el cambio en laenerga interna es cero. PEn consecuencia el calor Q agregado al sistema es igual al trabajo W realizado.
Q = W, U = 0
En un proceso cclico el trabajo neto realizado por ciclo es igual al rea encerrada por la trayectoria que representa el proceso sobre un diagrama PV.
Ing. Marcos Guerrero
Trabajo = Calor = reaV45
Ing. Marcos Guerrero46
i
2
P
p V
0 0
f