Primera ley de la termodinamica.pptx
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TERMODINMICALa termodinmica es el estudio de las relaciones de energa que involucran cmecnico # otros as$ectos de energa # trans%erencia de calor&
'N (I(TEMA TERMODINAMICO&) 'n sistema eun entorno cerrado en el que $uede tener lu
trans%erencia de calor& *+or e"em$lo el gas l$aredes # el cilindro de un motor de autom,Tra!a"o reali.ado so!re el gas o
tra!a"o reali.ado $or el gas
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ENER/0A INTERNA DEL(I(TEMA
La energa interna U de un sistema es eltotal de todos los ti$os de energa que$oseen las $artculas que con%orman elsistema&
+or lo general la energa internaconsiste de la suma de lasenergas $otencial # cin1tica delas mol1culas de gas quereali.an tra!a"o&
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DO( 2ORMA( DE A'MENTAR LAENER/0A INTERNA '&
CALOR 3'E (E+ONE EN 'N
(I(TEMA
*+ositivo-
4'
TRA5A6OREALI7ADO(O5RE 'N
/A(
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TRA5A6OREALI7ADO +OR EL
/A( ENE8+AN(I9N: ; es
$ositivo
TRA5A6OREALI7ADO +OR EL
/A( ENE8+AN(I9N: ; es
$ositivo
)'Disminu
#e
)'Disminu
#e
DO( 2ORMA( DE RED'CIRLAENER/0A INTERNA '&
CALOR (ALE DEL (I(TEMA3 es negativo
3out
caliente
;out;out
caliente
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E(TADOTERMODINMICO
El E(TADO de un sistematermodinmico se determinamediante cuatro %actores:
+resi,n a!soluta +en$ascales
Tem$eraturaTen !icos N>mero de molesn del gas que reali.a
tra!a"o
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+ROCE(OTERMODINMICO
Aumento en energa interna
'&
Estadoinicial:
+?=? T? n?
Estado@nal:
+= T n
Entrada decalor
3in
;out
Tra!a"o $or el
gas
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El $roceso inversoDisminuci,n de energa interna'&
Estadoinicial:
+?=? T? n?
Estado@nal:
+= T n
Tra!a"o so!re elgas
+1rdida de
calor
3out
;in
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LA +RIMERA LEB DE LATERMODINMICA:
La entrada neta de calor en unsistema es igual al cam!io enenerga interna del sistema ms eltra!a"o reali.ado +ORel sistema&
3 ' 4 ; = (@nal )
inicial- +or el contrario el tra!a"o reali.ado(O5REun sistema es igual al cam!ioen energa interna ms la $1rdida decalor en el $roceso&
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CON=ENCIONE( DE(I/NO( +ARA LA
+RIMERA LEBENTRADA de calor 3 es$ositiva
3 ' 4 ; = (@nal )
inicial-
(ALIDA de calor esnegativa
Tra!a"o +OR un gas es$ositivo
Tra!a"o (O5RE un gas es
negativo
43in
4;
+'
);in
)3out
'
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A+LICACI9N DE LA +RIMERALEB DE LA TERMODINMICA
E"em$lo ?: En la @gura elgas a!sor!e FF 6de calor# al mismo tiem$o reali.a?F 6de tra!a"o so!re el$ist,n& GCul es el cam!ioen energa interna del
sistemaH
Q = U + W
A$lique $rimerale#:
3inFF 6
;out?F6
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E"em$lo ? *Cont&-: A$lique la$rimera le#
U = +280 J
Qin400 J
Wout=120 J
' 3 ) ; *4FF 6- ) *4?F 6-
4F 6
; es $ositivo: 4?F 6 *tra!a"o(ALE-
3 ' 4 ;
' 3 ) ;
3 es $ositivo: 4FF 6 *calor
ENTRA-
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E"em$lo ? *Cont&-: A$lique l$rimera le#
U = +280 J
Los 400 Jde energa
trmica de entrada se usan
para realizar 120 Jdetraa!o e"terno#aumentala
energa interna del sistema
en 280 J
Qin400 J
Wout=120 J
El aumento enenerga internaes:
La energa se conserva:
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C'ATRO +ROCE(O(TERMODINMICO(:
+roceso isoc,rico: = F ; F
+roceso iso!rico: + F
+roceso isot1rmico: T F ' F
+roceso adia!tico: 3 F
+roceso isoc,rico: = F ; F
+roceso iso!rico: + F
+roceso isot1rmico: T F ' F
+roceso adia!tico: 3 F
Q = U + W
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E6EM+LO I(OC9RICO:
La entradade caloraumenta +
con =
FF 6de entrada decalor aumentan laenerga interna en FF
6# se reali.a tra!a"o
5
A
+
=? =
+?
+A +5
TA T5
FF 6
No Ja# cam!io envolumen:
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Q =
U +
W pero
W = *
+ROCE(O I(O5RICO:+RE(I9N CON(TANTE + F
+U %U
3IN 3O'T
ENTRADA DE CALOR ;out4 A'MENTO EN ENER/0AINTERNA
(alida
de
tra!a"o
Entrade
tra!
(ALIDA DE CALOR ;out4 DI(MIN'CI9N EN ENER/0AINTERNA
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E6EM+LO I(O5RICO *+resi,nconstante-:
La entradade caloraumenta Vcon P
constante
FF 6de calor reali.an?F 6 de tra!a"o #aumentan la energainterna en F 6&
FF 6
5A
+
=? =
=A
=5
TA T5
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TRA5A6O I(O5RICO
FF 6
Tra!a"o rea !a"o la curva +=
5A
+
=? =
=A =5TA T5
+A +5
Trabajo = P V
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+ROCE(O I(OTKRMICO:TEM+ERAT'RA CON(TANTE T F
F
ENTRADA NETA DE CALOR = SALIDA DETRABAJO
3 ' 4 ; # 3 ;
'
F
' F
3O'T
Entra d
tra!
(alida
detra!a"o
3IN
ENTRADA DE TRABAJO = SALIDA NETA DECALOR
K
-
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E6EM+LO I(OTKRMICO *Tconstante-:
PAVA =
PBVB
Lenta com$resi,n atem$eraturaconstante: )) No
Ja# cam!io en '&
U = TF
5
AP
A
V2
V1
+5
9 K *
-
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E8+AN(I9N I(OTKRMICA *Tconstante-:
El gas a!sor!e FF 6 deenerga mientras so!re 1lse reali.an FF 6 de tra!a"o&
T = U F
U= T= 0
5
APA
VA
VB
+5
PA
VA
= PB
V
TA = TB
Tra!a"oisot1rmico
lnVW nRT V
=
-
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Q = U + W ; W = -U or U = -
+ROCE(O ADIA5TICO:NO AB INTERCAM5IO DE CALOR 3
F
)raa!o realizado , -(.), de energa intern'),, de traa!o ,U3'), energa intern
(aletra!a"o
Entratra!a
o
U +UQ
F
W = -U U = -W
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E6EM+LO ADIA5TICO:
+aredesaisladas: Q =
0
5
A
PA
V1 V2
PB
El gas en e$ansi,nreali.a tra!a"o concero $1rdida decalor& Tra!a"o )'
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E8+AN(I9N ADIA5TICA:
(e reali.an FF 6 deTRA5A6O lo queDI(MIN'BE la energainterna en FF 6: elintercam!io neto de calores CERO& Q = 0
Q = 0
B
AP
A
VA
VB
PBPAVA PBV
TA TB
A A B P V P V
=
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CA+ACIDAD CALOR02ICAMOLARTRATAMIENTO OPCIONAL
La ca$acidad calor@ca molar Cse decomo al calor $or unidad de mol $orgrado Celsius&
Com$rue!e con suinstructor si se requiereeste tratamiento msam$lio de los $rocesostermodinmicos&
0
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CA+ACIDAD CALOR02ICAE(+EC02ICARecuerda la defnc!n de
ca"acdad cal#r$fca e%"ec$fca c#
el cal#r "#r undad de &a%a 'ue %ere'uere "ara ca&(ar la)e&"era)ura*
+or e"em$lo co!re: c F 6PQg
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CA+ACIDAD CALOR02ICAE(+EC02ICA MOLAR
El +l, e% una &e-#r re.erenca "ara/a%e% 'ue el +0l#/ra, P#r )an)# laca"acdad cal#r$fca e%"ec$fca lar %edefne c#
+or e"em$lo un volumen constante deogeno requiere ?&? 6$ara elevar latem$eratura de un mol en un gradoQelvin&
C =Q
n T
CA+ACIDAD( CALOR02ICA
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CA+ACIDAD( CALOR02ICAE(+EC02ICA A =OL'MEN
CON(TANTEGCunto calor se requiere
$ara elevar la tem$eraturade moles de Ode FoC a?FFoCH
Q= 2 mol521/1 J6mol 759 7 % 29 75
Q= nCv T
Q= +4220 J
CA+ACIDAD CALOR02ICA
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CA+ACIDAD CALOR02ICAE(+EC02ICA A =OL'MEN
CON(TANTE *Cont&-+uesto que el volumen no
cam!ia no se reali.atra!a"o& Todos los F 6vana aumentar la energainterna U&
Q= U = nCv T= 4220 J
U = nCv T
+or tanto U se determinmediante el camio de
temperatura : el calor
espec;ico a
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CA+ACIDAD CALOR02ICAE(+EC02ICA A +RE(I9N CON(T
Aca!a de ver que senecesita!an F 6de calor avolumen constante& (u$ongaque tam!i1n quiere reali.ar?FFF 6de tra!a"o a $resi,nconstante
Q = U + W
Q = 4220 J + 10006
Q =220 JC$Cv
Igual
CA+ACIDAD CALOR02ICA
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CA+ACIDAD CALOR02ICA*Cont&-
C"4 C5+ara $resi,n constanteQ = U + W
nC"T = nCvT + P V
U = n-
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REC'ERDE +ARA C'AL3'IER+ROCE(O 3'E IN=OL'CRA 'N /
IDEAL:
PV = nRT
U = nCv TQ = U + W
PAVA PBVB
TA TB
-
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+ro!lema e"em$lo:
A5: se calienta a = constante a FF Un gas diat?mico a 00 7 : 1 atmse comprime adia@ticamente# lo $ue disminu:
su
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+5
Q = 0
+5 & atmo Q+a
PAVA= PBV
A
BPB
VB ?VB
?atm
FF
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T5
Q = 0
TB ?F
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# =A cm ENC'ENTRE ;
Q = 0
7 = 8 U = 8 nCVT # CV=?&? "Pm
A
B&
atm?atm
FF
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=A cm ENC'ENTRE ;
B
&atm
?atm
F
?F
8 cm CD
PV
RT
n = *?F?FF +a-* ?F)Um-
*&? 6Pmol