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

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

2 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

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

4 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 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»

6 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»

7 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

8 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.

9 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

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

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

12 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 ( + )

13 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 i-A seguido de uno isócoro A-f. (2) Un proceso isotérmico i-B, seguido por uno isobárico B-f. (3) Un proceso adiabático i-C y luego proceso isócoro C-f. La figura muestra tres distintos procesos por los que un sistema es llevado del estado «i» al estado «f»: (1) Un proceso isobárico i-A seguido de uno isócoro A-f. (2) Un proceso isotérmico i-B, seguido por uno isobárico B-f. (3) Un proceso adiabático i-C y luego proceso isócoro C-f.

14 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».

15 Actividad didáctica Propósitos: Aplicar la ecuación de la 1ª ley de la termodinámica e identificar el signo para el calor y el trabajo. Contenidos: 1ª ley para un sistema que cambia de estado. Material: enunciado de un problema suministrado por el docente (impreso). Propósitos: Aplicar la ecuación de la 1ª ley de la termodinámica e identificar el signo para el calor y el trabajo. Contenidos: 1ª ley para un sistema que cambia de estado. Material: enunciado de un problema suministrado por el docente (impreso).

16 El problema. Un tanque contiene un fluido que es agitado por una rueda con paletas. El trabajo impuesto a la rueda es de 5900 kJ, el calor transmitido por el tanque al ambiente es de 1500 kJ. Considerando el tanque y el fluido como el sistema determine el cambio en la energía interna del sistema.

17 Solución del problema.

18 ¿Qué le cambiaría a la presentación?  Agregaría alguna animación en video relacionada.  Mejoraría las diapositivas, usando algunos efectos.