primera ley de later modin mica 0002

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


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



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.


Qu esungasideal?Un gas que cumple la ecuacin de estado de los gases ideales y que se encuentra a baja presin y altas temperaturas.


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.


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


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


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


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


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.


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


PROCESO ADIABTICOEn un proceso adiabtico no hay flujo de calor entre el sistema

y sus alrededores.Q 0U WPuedehaberexpansinadiabticaocomprensin adiabtica.


Se puede demostrar que la curva que describe estatransformacin espV

cte.

adiabticasDonde = (Cp/CV) = 1.67, para gas ideal

isotermas


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.


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


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


i

2

P

p V

0 0

f

primera ley de later modin mica 0002

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