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Es la parte de la Física que estudia las leyes más
generales bajo las cuales ocurren los fenómenos
térmicos.
Es la magnitud que caracteriza la capacidad de los sistemas para cambiar sus propiedades o las propiedades de otros sistemas, y estos cambios se producen mediante:
Es la magnitud que caracteriza la capacidad de los sistemas para cambiar sus propiedades o las propiedades de otros sistemas, y estos cambios se producen mediante:
trabajo trabajo
EnergíaEnergía
CalentamientoCalentamientoRadiaciónRadiación
Proceso mediante el cual la energía se intercambia entre los sistemas mediante la aplicación de fuerzas.
W= P .VW= P .V
W<0 (V1 > V2 ) W> 0 (V1 < V2 )
W
P
V1 V2
P1
V1 V2
P1
P2
P
W
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Proceso mediante el cual la energía se intercambia entre los sistemas debido al movimiento de las partículas.
Trabajo
Factor de conversión de las unidades térmicas
en mecánicas y viceversa
Factor de conversión de las unidades térmicas
en mecánicas y viceversa
Energía interna ( U )
U = EC + EPU = EC + EP
Para el caso de un gas ideal
U = EC = U = EC = 3322. . R .T. . R .T∆U = ∆U = 33
22. . R . ∆T. . R . ∆T
1era ley de la termodinámica1era ley de la termodinámica
La cantidad de calor (Q) es igual al trabajo (W) más la variación de la energía interna (U).
La cantidad de calor (Q) es igual al trabajo (W) más la variación de la energía interna (U).
Q = W + UQ = W + U
Q = W + UQ = W + UQ > 0: el calor es absorbido por el sistema.Q > 0: el calor es absorbido por el sistema.Q < 0: el calor es cedido por el sistema.Q < 0: el calor es cedido por el sistema.Si el gas está sometido a un proceso isocórico ( W = 0 ) .Si el gas está sometido a un proceso isocórico ( W = 0 ) .
Q = U Q = U Q =Q = 33 ..R.T..R.T22
Si el gas está sometido a un proceso isotérmico ( T= cte )
Q = W Q = W
Si el gas está sometido a un proceso isobárico ( P = cte )
Q = W + UQ = W + U
Q =Q = 55 ..R.T..R.T22
U = U2 – U1
1
2
AB
C
P
VV1V2
P1 ,V1, T1
P2 ,V2, T2La energía interna es una función de estado, esta no depende del proceso, sino de los estados inicial y final.
El volumen de un gas pasa a la presión
constante de 5.105 N/m2 de 10-2 a 10-1m3 cuando se la suministraron 112 500 J de calor ¿En cuánto varió
su energía interna?
Datos P = 5.105 N/m2 V1 = 1.10-2 m3 V2 = 1.10-1 m3
∆U = ?
Q = W + ∆U
W = P.∆V
W = 5.105 N/m2
W = 5.105 N/m2 (9.10-2m3)W = 45.103 J = 4,5.104 J
Q = 112 500J
∆U = Q - W
(10.10-2-1.10-2) m3
∆U = 11,25.104 J- 4,5.104J
∆U = 6,75.104 J
Se han mezclado 0,8 kg de agua a una temperatura de 25°C
con 0,2 kg de agua hirviendo, la temperatura de la mezclaresultó ser 40°C.Calcule la
cantidad de calor que cedió al enfriarse el agua hirviendo y
la cantidad de calor que recibióel agua más fría.
Q1= m1 ∙ c ∙ ( t2 – t1)Q1=4200J/kg.°C.0,2 kg.(40°C-100°C)
Q1= – 50 400J
Q2= m2 ∙ c ∙ (t2– t1)
Q2= 50 400J
Q > 0; el sistema absorbe calor
Q < 0; el sistema cede calor
Un gas absorbe 1000 J de calor y se dilata en 1m3.Si acumuló 600 J de energía interna:
a)¿qué trabajo realizó?b)si la dilatación fue a presión
constante,¿cuál fue el valor de esta presión?
Datos
Q = 1000 J
∆U = 600 J
W = ?
∆V = 1m3
P = ?
Q = W + U
W = Q – ∆U
W = 1000J – 600J
W = 400 J
W = P ∙∆V
P = W
∆V
400 J =
1m3 = 4∙102 N/m2
Un gas se expande realizando un trabajo de 5.104 J a una presión constante de 2∙105
N/m2, si este ocupó inicialmente un volumen de
0,25 m3. Determine el volumen final.
Un gas se expande realizando un trabajo de 5.104 J a una presión constante de 2∙105
N/m2, si este ocupó inicialmente un volumen de
0,25 m3. Determine el volumen final.
datosdatos
W = 5∙104 JW = 5∙104 JP = 2∙105 N/m2P = 2∙105 N/m2
V1 = 0,25m3V1 = 0,25m3
V2 = ?V2 = ?
El gas se expandeEl gas se expande
W = P.( V2 – V1 )W = P.( V2 – V1 )
W = P.V2 – P.V1 W = P.V2 – P.V1
P.V2 = P.V1+ W P.V2 = P.V1+ W
V2 =V2 = P.V1+ W P.V1+ W
P P
V2 =V2 = 2∙105 N/m2 . 0,25 m3 + 5.104 J 2∙105 N/m2 . 0,25 m3 + 5.104 J
2∙105 N/m2 2∙105 N/m2
V2 = 5.10 – 1 m3 V2 = 5.10 – 1 m3
V2 =V2 = N/m2 . m3 + J N/m2 . m3 + J
N/m2 N/m2
J = N.m J = N.m
V2 =V2 = N.m N.m
N/m2 N/m2
= m3 = m3
Un cilindro cerrado por un émbolo móvil contiene cierta cantidad de vapor. El sistema se calienta y absorbe 202 J de energía, mediante calor. El vapor varía su volumen en 3·10-5 m3 a la presión constante de 4·105 Pa. Determina la variación de la energía interna que experimenta el vapor.Consideraciones
El proceso ocurre en condiciones cercanas al equilibrio.
La presión es igual en todos los puntos del gas.
Incógnita
Datos
ΔU - ?
Q = 202 J
Δ V = 3·10-5 m3
P = 4·105 Pa
Q = ΔU + Wsist
Wsist = F ΔS P = F/ A
F = P A
Wsist = P A ΔS
Wsist = P ΔV
ΔU = Q – P ΔV
ΔU = Q – Wsist
ΔSh1
h2A
ΔU = Q –P ΔV
ΔU = 202 J – 4·105 Pa 3·10-5 m3 Pa = N
m2
m3Nm2
= J
ΔU = 202 J – 12 J
ΔU = 90 J
Sustituyendo
La figura representa la expansión de una determinada masa de nitrógeno. Durante el proceso, el gas experimenta un aumento de 500 J en su energía interna. Determina la cantidad calor asociada a la transferencia de energía.
ΔU = 500 J Q - ?
W = P·ΔV
Q = W + ΔU
W = P·(V2– V1)
Q = P·(V2– V1) + ΔU
V(10–3 m3)0 2,0 4,0
P(105 N/m2)
1,0
Q = P·(V2– V1) +ΔU
Sustituyendo por datos
Q=1·105 N/m2·(4 – 2)10–3 m3 + 500 J
Q = 700 J
En esta transferencia de energía se absorben 7,0 ·102 J .
En esta transferencia de energía se absorben 7,0 ·102 J .
Q = 200 J + 500 J