Termodinámica I Universidad Del Azuay Primera Ley de la Termodinámica

Primera Ley de la Termodinámica La primera ley de la termodinámica es también conocida como: El principio de conservación de la energía

Primera Ley de la Termodinámica Hasta ahora se ha considerado por separado el estudiado del calor, el trabajo y la energía total, la primera ley de la termodinámica brinda una base solida para estudiar las relaciones entre las diferentes formas de interacción de energía

Primera Ley de la Termodinámica Que establece la primera ley? La energía no se puede crear ni destruir durante un proceso, solo puede cambiar de forma +1000 kJ -1000 kJ

Primera Ley de la Termodinámica

Primera Ley de la Termodinámica Considere un sistema que experimenta una serie de procesos adiabáticos desde un estado especificado 1 a otro estado 2. Al ser adiabáticos, es evidente que estos procesos no tienen que ver con transferencia de calor, pero sí con varias clases de interacción de trabajo. Las mediciones cuidadosas durante estos experimentos indican lo siguiente: para todos los procesos adiabáticos entre dos estados determinados de un sistema cerrado, el trabajo neto realizado es el mismo sin importar la naturaleza del sistema cerrado ni los detalles del proceso.

Primera Ley de la Termodinámica Una consecuencia importante de la primera ley es la existencia y definición de la propiedad energía total E. Considerando que el trabajo neto es el mismo para todos los procesos adiabáticos de un sistema cerrado entre dos estados determinados, el valor del trabajo neto debe depender únicamente de los estados iniciales y finales del sistema y por lo tanto debe corresponder al cambio en una propiedad del sistema; esta propiedad es la energía total.

Primera Ley de la Termodinámica Si no existe trabajo W=0

Primera Ley de la Termodinámica Si no existe trabajo W=0

Primera Ley de la Termodinámica Si es un proceso adiabático Q=0

Primera Ley de la Termodinámica Si es un proceso adiabático Q=0

Primera Ley de la Termodinámica Si es un proceso adiabático Q=0

Primera Ley de la Termodinámica El cambio de energía de un sistema durante un proceso es igual a la transferencia neta de energía hacia (o desde) el sistema.

Primera Ley de la Termodinámica Balance de energía De acuerdo con el análisis anterior, el principio de conservación de la energía se expresa como: el cambio neto (aumento o disminución) de la energía total del sistema durante un proceso es igual a la diferencia entre la energía total que entra y la energía total que sale del sistema durante el proceso. Es decir,

Primera Ley de la Termodinámica Balance de la Energía ∆ 𝐸 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 = 𝐸 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝐸 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎

Primera Ley de la Termodinámica Balance de la Energía ∆ 𝐸 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 = 𝐸 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝐸 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 El uso exitoso de esta relación para resolver problemas de ingeniería depende de la comprensión de las distintas formas de energía y de reconocer los modos como ésta se transfiere.

Primera Ley de la Termodinámica Incremento de la energía de un sistema, ΔE sistema Para determinar el cambio de energía de un sistema durante un proceso se requiere evaluar la energía del sistema al principio y al final del proceso y encontrar su diferencia. Cambio de energía = Energía en el estado final – Energía en el estado inicial O ΔEsistema = Efinal – Einicial = E2-E1

Primera Ley de la Termodinámica Incremento de la energía de un sistema, ΔE sistema El cambio de energía total de un sistema es la suma de todas las energías del mismo. ΔE = ΔU + ΔEC + ΔEP

Primera Ley de la Termodinámica Incremento de la energía de un sistema, ΔE sistema Si en el estado final del sistema es igual al estado inicial de este, el cambio de energía será CERO durante el proceso. ∆𝐸=0 Estado inicial Estado final

Primera Ley de la Termodinámica Incremento de la energía de un sistema, ΔE sistema En la practica la mayoría de sistemas son de tipo ESTACIONARIOS es decir no tienen cambios de velocidad ni de altura por lo tanto. Sistemas Estacionarios Z1=Z2 donde ΔEP = 0 V1=V2 donde ΔEC = 0 ΔE= ΔEU

Primera Ley de la Termodinámica Mecanismos de transferencia de energía, Eentrada y Esalida La energía se puede transferir hacia o desde un sistema en tres formas: calor, trabajo y flujo másico. Las interacciones de energía se reconocen en las fronteras del sistema cuando lo cruzan, y representan la energía que gana o pierde un sistema durante un proceso. Las dos únicas formas de interacción de la energía relacionadas con una masa fija o sistema cerrado son la transferencia de calor y de trabajo

Primera Ley de la Termodinámica Transferencia de calor, (Q) La transferencia de calor hacia un sistema (ganancia de calor) incrementa la energía de las moléculas y por lo tanto la del sistema; asimismo, la transferencia de calor desde un sistema (pérdida de calor) la disminuye, ya que la energía transferida como calor viene de la energía de las moléculas del sistema.

Primera Ley de la Termodinámica Transferencia de trabajo, (W ) Una interacción de energía que no es causada por una diferencia de temperatura entre un sistema y el exterior es trabajo. La transferencia de trabajo a un sistema (es decir, el trabajo realizado sobre un sistema) incrementa la energía de éste, mientras que la transferencia de trabajo desde un sistema (es decir, el trabajo realizado por el sistema) la disminuye, puesto que la energía transferida como trabajo viene de la energía contenida en el sistema.

Primera Ley de la Termodinámica Flujo másico, ( 𝒎 ) El flujo másico que entra y sale del sistema funciona como un mecanismo adicional de transferencia de energía. Cuando entra masa a un sistema, la energía de éste aumenta debido a que la masa lleva consigo energía (de hecho, la masa es energía). De igual modo, cuando una cantidad de masa sale del sistema, la energía de éste disminuye porque la masa que sale saca algo de energía consigo.

Primera Ley de la Termodinámica

Primera Ley de la Termodinámica 𝐸 𝑖𝑛 − 𝐸 𝑜𝑢𝑡 = 𝑄 𝑖𝑛 − 𝑄 𝑜𝑢𝑡 + 𝑊 𝑖𝑛 − 𝑊 𝑜𝑢𝑡 + 𝐸𝐹 𝑖𝑛 − 𝐸𝐹 𝑜𝑢𝑡 = ∆𝐸 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 Los subíndices “entrada” y “salida” denotan cantidades que entran y salen del sistema, respectivamente. Los seis valores del lado derecho de la ecuación representan “cantidades” y, por lo tanto, son medidas positivas. La dirección de cualquier transferencia de energía se describe por los subíndices “entrada” y “salida”.

Formas de expresar el cambio de energía

Formas de expresar el cambio de energía

Primera Ley de la Termodinámica Para un sistema cerrado que experimenta un ciclo, los estados inicial y final son idénticos, por lo que ΔEsistema = E2 - E1 = 0. Entonces, el balance de energía para un ciclo se simplifica a Eentrada - Esalida = 0 o Eentrada = Esalida. Puesto que en un sistema cerrado no se tiene flujo másico en sus fronteras, el balance de energía para un ciclo se expresa en términos de interacciones de calor y de trabajo como

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