Termodinámica. Presentado por: Ing. Gustavo A. Moreno R. Profesor desde el año 2009 en la el recinto UNI-RUACS.

Termodinámica Tipo de Asignatura : Básica Ubicación en el plan de estudios : II año, III semestre Objetivos : Establecer la existencia de la ecuación fundamental de un sistema, la cual contiene una descripción termodinámica completa del mismo. Establecer la metodología de análisis termodinámico. Aplicar la termodinámica química y los fenómenos fisicoquímicos, proyectándolos hacia su aplicación industrial. Asignatura pre- requisito: : Física I

Índice de contenidos. Introducción. 5.1 Primera ley de la termodinámica. 5.2 Primera ley para un sistema que sufre un cambio de estado.

Unidad V: Primera ley de la Termodinámica Introducción. Hasta el momento en nuestro estudio de la termodinámica hemos definido los sistemas termodinámicos y sus propiedades físicas; estudiamos también el calor y el trabajo concluyendo que ambos son tipos de energía en tránsito. Nos proponemos ahora comprender cómo esos flujos de energía (calor y trabajo) afectan los valores de las propiedades de un sistema y cómo pueden cuantificarse para su aplicación en situaciones problemáticas de la práctica ingenieril. Introducción. Hasta el momento en nuestro estudio de la termodinámica hemos definido los sistemas termodinámicos y sus propiedades físicas; estudiamos también el calor y el trabajo concluyendo que ambos son tipos de energía en tránsito. Nos proponemos ahora comprender cómo esos flujos de energía (calor y trabajo) afectan los valores de las propiedades de un sistema y cómo pueden cuantificarse para su aplicación en situaciones problemáticas de la práctica ingenieril.

5.1 Primera ley de la termodinámica El principio de conservación de la energía se expresa como: «la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma de un tipo en otro»

Formulación de la primera ley Una formulación más general de la ley de conservación de la energía incluye los efectos de la transferencia de calor y de las variaciones de energía interna. Esta formulación recibe el nombre de primera ley (o principio) de la termodinámica y se expresa como: «la energía total de un sistema aislado permanece constante»

El sistema aislado y su entorno El sistema aislado no interactúa con el entorno. Todas las transformaciones ocurren dentro del sistema. Por ello la energía del sistema permanecerá sin cambio. Sistema aislado entorno

5.2 Primera ley para un sistema que sufre un cambio de estado. Cuando un sistema cambia de estado porque se le suministra calor y se hace trabajo sobre él se encuentra que, aunque las cantidades de calor suministrado y el trabajo realizado sean diferentes porque se siguieron distintos procesos para llevar al sistema de un estado inicial a un estado final, la cantidad (Q – W) es siempre la misma. Este hecho lleva a la conclusión de que la cantidad (Q – W) cuantifica el cambio en la energía total del sistema al pasar éste de un estado inicial a un estado final.

Sistema que cambia de estado Sistema en estado inicial Energía inicial Ei Sistema cambiando de estado Sistema en estado final Energía final Ef W Q

Ecuación matemática de la 1ª ley para un sistema que cambia de estado.

Ecuación de la primera ley si se desprecian los cambios en energía cinética y potencial.

Convenio para los signos del calor y del trabajo Al aplicar las ecuaciones 5-1 y 5-2 es necesario adoptar un convenio para los signos del calor y del trabajo; este convenio se representa en al diagrama siguiente: Sistema Q (+) W ( - ) Q ( - ) W ( + )

Diagrama P-V de cambio de estado por distintos procesos (adaptado de Resnick y otros. Física. Volumen 1. CECSA, 1999) La figura muestra tres distintos procesos por los que un sistema es llevado del estado «i» al estado «f» (1) Un proceso isobárico hasta A seguido de un proceso isócoro hasta f. (2) Un proceso isotérmico hasta B, seguido por un proceso isobárico hasta f. (3) Un proceso adiabático hasta C, seguido por un proceso isócoro hasta f.

Comentario respecto al diagrama anterior El calor Q transferido y el trabajo W efectuado son diferentes para cada trayectoria, pero la cantidad (Q – W) tiene el mismo valor para todas las trayectorias entre «i» y «f».

Ejemplo de aplicación de la primera ley de la termodinámica.