Termodinmica

Termodinmica

OBJETIVOS:Definicin de Termodinmica.Sistemas termodinmicos.Ecuacin de estado de los gases ideales.

Primera ley de la termodinmica.

TERMODINMICALa termodinmica es el estudio de las relaciones de energa que involucran calor, trabajo mecnico y otros aspectos de energa y transferencia de calor.

Calefaccin central

SISTEMA TERMODINMICOUn sistema es un entorno cerrado en el que puede tener lugar transferencia de calor. (Por ejemplo, el gas, las paredes y el cilindro de un motor de automvil.)Trabajo realizado sobre el gas o trabajo realizado por el gas.

Sistema cerradoQWSistemammmimsmSistemaQWVolumen de controlSistema abierto

Sistema aisladoVaporAguaParedes adiabticas(material aislante)QQWWmm

Sistema adiabticoParedes adiabticas(material aislante)miAmsAmiBmsBQWQ

ESTADO TERMODINMICOEl ESTADO de un sistema termodinmico se determina mediante cuatro factores:PresinTemperaturaVolumen Nmero de moles

ECUACIN DE ESTADO PARA GASES IDEALES

PV = nRTP : presin absolutaV : volumen ocupado por el gasT : temperatura absolutan : numero de moles = m/M m: masa M:Peso molecularR : constante universal de los gases

ECUACIN DE ESTADO DE GASES IDEALESPV = mRTP : presin absolutaV : volumen ocupado por el gasT : temperatura absolutam : masa del gasR : constante particular de gasR =R /M

PROCESO TERMODINMICOEstado inicial:P1 V1 T1 n1Estado final:P2 V2 T2 n2Entrada de calorQinWoutTrabajo por el gas

CICLO TERMODINMICOP1 V1 T1 n1P2 V2 T2 n2P1 V1 T1 n1

12PVEstadoEstado12PVEstadoEstadoPROCESO TERMODINMICOCICLO TERMODINMICO

ENERGA INTERNA DEL SISTEMALa energa interna U de un sistema es la suma de las energas moleculares, cintica y potencial.La energa interna para un gas ideal depende slo de la temperatura.U = f(T)

Primera ley de la termodinmicaEl calor entregado a un sistema es igual al trabajo que realiza el gas mas la variacin de su energa interna

dQ

mmQWU1mU2Q = W + Ufinal - inicial)

CONVENCIN DE SIGNOS+Qin+WoutU-Win-QoutU

APLICACINEjemplo 1: En la figura, el gas absorbe 400 J de calor y al mismo tiempo realiza 120 J de trabajo sobre el pistn. Cul es el cambio en energa interna del sistema?Qin400 JWout =120 JU = +280 J

Problemas1.- A un gas ideal se le transfiere 100 J en forma de calor, al expandirse realiza un trabajo de 65 J y su energa interna varia en 20 J, determine la cantidad de calor liberado en este proceso.

2.- Una maquina trmica que realiza 10 ciclos por segundo tiene una produccin de 480 J con un rendimiento del 30% entonces el calor que se cede en cada ciclo es:3.- Un gas que se encuentra dentro de un recipiente, al ser calentado realiza un trabajo de 1000 J. si la cantidad de calor entregado al sistema es de 720 caloras y su energa interna inicial es de 900 J. Determine la energa interna final.

4.- En la vaporizacin de 1 gr. de agua a 100 C se realiza un trabajo de 400 caloras. Determine el cambio producido en la energa interna.5.- Una lmpara que consume 54 W es sumergida en un calormetro transparente que contiene 650 cm3 de agua. Si durante 3 minutos el agua se calienta en 3,4 C. Determine qu porcentaje de la energa consumida por la lmpara se emite por el calormetro en forma de energa radiante

6.- El conductor de un montacargas de 3 toneladas de masa que va cuesta abajo por una montaa ve un ro en el fondo por el cual debe detenerse. Su rapidez en el momento de aplicar los frenos era de 15 m/s y esta verticalmente a 20 metros por encima del fondo de la montaa. Cuanta energa en forma de calor deben disipar los frenos si se desprecian los efectos del viento y otros efectos de rozamiento?

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SEARS, F., ZEMANSKY, M.Captulo 19, La primera ley de la termodinmica.