Tema: Primer principio de la termodinámica. + + + + + +

Termodinámica Es la parte de la Física que estudia las leyes más generales bajo las cuales ocurren los fenómenos térmicos.

Energía 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 Calentamiento Radiación

Proceso mediante el cual la energía se intercambia entre los sistemas mediante la aplicación de fuerzas. Trabajo: W= P .V W<0 (V1 > V2 ) W> 0 (V1 < V2 )

P P P1 P1 W P2 W V1 V2 V1 V2 Pág 4

Proceso mediante el cual la energía se intercambia entre los sistemas debido al movimiento de las partículas. Calor:

Trabajo

Factor de conversión de en mecánicas y viceversa Equivalente mecánico del calor 4,19 J 1 cal 4,19 J/cal Factor de conversión de las unidades térmicas en mecánicas y viceversa

U = EC + EP ∆U = 3 2 .  . R . ∆T U = EC = 3 2 .  . R .T Energía interna ( U ) U = EC + EP Para el caso de un gas ideal ∆U = 3 2 .  . R . ∆T U = EC = 3 2 .  . R .T

1era ley de la termodinámica Q = W + U La cantidad de calor (Q) es igual al trabajo (W) más la variación de la energía interna (U).

Q = W + U Q > 0: el calor es absorbido por el sistema. Q < 0: el calor es cedido por el sistema. Si el gas está sometido a un proceso isocórico ( W = 0 ) . Q = 3 ..R.T 2 Q = U

Q = W + U Si el gas está sometido a un proceso isobárico ( P = cte ) Q = 5 ..R.T 2 Si el gas está sometido a un proceso isotérmico ( T= cte ) Q = W

1 2 A B C P V V1 V2 P1 ,V1, T1 P2 ,V2, T2 U = U2 – U1 La 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 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 Q = W + ∆U P = 5.105 N/m2 V1 = 1.10-2 m3 ∆U = Q - W V2 = 1.10-1 m3 ∆U = 11,25.104 J- 4,5.104J Q = 112 500J ∆U = ? ∆U = 6,75.104 J W = P.∆V W = 5.105 N/m2 (10.10-2-1.10-2) m3 W = 5.105 N/m2 (9.10-2m3) W = 45.103 J = 4,5.104 J

agua a una temperatura de 25°C con 0,2 kg de agua hirviendo, 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 mezcla resultó ser 40°C.Calcule la cantidad de calor que cedió al enfriarse el agua hirviendo y la cantidad de calor que recibió el 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 Un gas absorbe 1000 J de calor y se dilata en 1m3.Si acumuló 600 J de energía interna: ¿qué trabajo realizó? si la dilatación fue a presión constante,¿cuál fue el valor de esta presión?

Datos Q = W + U Q = 1000 J W = Q – ∆U ∆U = 600 J W = 1000J – 600J ∆V = 1m3 W = 400 J W = ? P = ? W = P ∙∆V W 400 J 4∙102 N/m2 P = = = ∆V 1m3

Un gas se expande realizando un trabajo de 5 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.

datos W = P.( V2 – V1 ) W = 5∙104 J W = P.V2 – P.V1 P = 2∙105 N/m2 P.V2 = P.V1+ W V1 = 0,25m3 P.V1+ W V2 = ? V2 = El gas se expande P V2 = 5.10 – 1 m3 2∙105 N/m2 . 0,25 m3 + 5.104 J V2 = 2∙105 N/m2

N/m2 . m3 + J V2 = N/m2 J = N.m N.m V2 = = m3 N/m2

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 ΔU - ? Datos Q = 202 J Δ V = 3·10-5 m3 P = 4·105 Pa

Q = ΔU + Wsist ΔU = Q – Wsist P = F/ A Wsist = F ΔS F = P A Wsist = P A ΔS h2 A ΔS h1 Wsist = P ΔV ΔU = Q – P ΔV

ΔU = Q –P ΔV Sustituyendo ΔU = 202 J – 4·105 Pa 3·10-5 m3 m3 N m2 Pa = N m2 = J ΔU = 202 J – 12 J ΔU = 90 J

La figura representa la expansión de una determinada masa de nitrógeno 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 - ? Q = W + ΔU W = P·ΔV W = P·(V2– V1) V(10–3 m3) 2,0 4,0 P(105 N/m2) 1,0 Q = W + ΔU W = P·ΔV W = P·(V2– V1) Q = P·(V2– V1) + ΔU

Q = P·(V2– V1) +ΔU Q = 200 J + 500 J Q = 700 J Sustituyendo por datos Q=1·105 N/m2·(4 – 2)10–3 m3 + 500 J Q = 200 J + 500 J Q = 700 J En esta transferencia de energía se absorben 7,0 ·102 J .