Primera ley de la termodinámica

1. Termodinámica
LUIS ARCE TORRES

2. Equilibrio térmico, dos
cuerpos con diferente
temperatura se ponen en
contacto, luego de cierto
tiempo alcanzan la misma
temperatura.
La transmisión de energía
lo denominaron calórico,
pero mas tarde lo
cambiaron por forma de
energía.

3. Calor es la energía que se
transmite de un cuerpo a
otro, en virtud únicamente
de una diferencia de
temperatura entre ellos.

4. Un recipiente aislado
térmicamente contiene
una cierta cantidad de
agua, con un termómetro
para medir su
temperatura, un eje con
unas paletas que se ponen
en movimiento por la
acción de una pesa, tal
como se muestra en la
figura.

5. La pesa, que se mueve con
velocidad prácticamente
constante, pierde energía
potencial. Como
consecuencia, el agua
agitada por las paletas se
calienta debido a la fricción.
Joule encontró que la
disminución de energía
potencial es proporcional al
incremento de temperatura
del agua. La constante de
proporcionalidad (el calor
específico de agua) es igual a
4.186 J/(g ºC).
1 cal=4.186 J

6. Una vez establecido que el
calor es una forma de
energía, es obvio que una
cierta cantidad de calor
debe medirse en unidades
energéticas.
S.I = Calor = Joules
1 Caloría = 4.18 Joules

7. Transmisión
De
Calor

8. Conducción
Mecanismo de transferencia de energía
térmica entre dos sistemas basado en el
contacto directo de sus partículas sin flujo neto
de materia y que tiende a igualar la Tº de los
cuerpos.
Conductores Térmicos:Conductores Térmicos:
Buen Conductor  Metal, Plata, Cobre.
Mal Conductor  Madera, Corcho, Aire.

9. Tipos de Transmisión
•Conducción
•Convección
•Radiación

10. Convección.
•Es el transporte de calor por medio de las
capas de fluido ascendente y
descendente.
•Solo se produce en materiales fluidos.
•Las capas inferiores aumentan su
temperatura y su volumen, su densidad
disminuye y por tanto las capas superiores
se trasladan hacia abajo siendo mas
densas y frías, continuamente.
Ciclo HidrológicoCiclo Hidrológico

11. Radiación
•Es el proceso de transmisión de ondas o
partículas desde un cuerpo con un determinado
calor a través del espacio o de algún medio
(Vacío).

12. Ejercicios:
•1) Considere 2 barras idénticas, una de metal y una
de madera, y que uno de los extremos de cada barra
es introducido en una flama.
•A)¿Podría usted seguir sosteniendo por mucho
tiempo el extremo libre de metal? Explique.
•B)¿Por qué se podría sostener el extremo libre de
madera por un tiempo mayor?.

13. •2) Un niño descalzo y en una habitación con suelo
de cemento, coloca su pie izquierdo directamente
sobre el piso y el derecho sobre un tapete a la
misma temperatura.
•¿En que pie siente mayor sensación de frío?
Explique.

14. •3) ¿Por qué en un refrigerador las capas de aire
cercanas al congelador, luego de hacer contacto con
el, se dirigen hacia abajo?
•4) ¿Por qué las personas en días de
calor suelen ocupar ropa color
blanco o clara? Explique.

15. Capacidad térmica y calor
específico

16. Capacidad térmica de un cuerpo
•Es la relación entre la cantidad de calor (Q) recibida por
un cuerpo y la variación de temperatura (Δt) que éste
experimenta.
•Además, la capacidad térmica es una característica de
cada cuerpo y representa su capacidad de recibir o
ceder calor variando su energía térmica.
•C...capacidad térmica (en cal/°C)
•
C =ΔQ/Δt

17. Capacidad térmica
•Suponga que a un cuerpo A se le proporciona una cantidad de
calor igual a 100cal, y que su temperatura se eleva unos 20°c,
pero si le suministramos esa misma cantidad de calor (100cal)
a un al proporcionar la misma cantidad de calor a cuerpos
cuerpo B podemos observar un aumento de temperatura
diferente por ejemplo de 10°c, ósea distintos, en general estos
presentan diferentes variaciones un sus temperaturas.
Calculando la de los cuerpos A y B
B)Ca =ΔQa / Δta B)Cb=ΔQb / Δtb
100 cal/20°c 100cal/10°c
Ca=5 cal/°c Cb =10 cal/°c

18. •Entonces mientras mas capacidad térmica mas
calor debemos proporcionarle para producir
determinado aumento en su temperatura y de la
misma manera, tanto mayor será la cantidad de
calor que cederá cuando su temperatura sufra
determinada reducción.
Una unidad para medir esta magnitud es cal/°c
Y como sabemos que el calor es una forma de energía
Se puede expresar en joules , seria J/°c

19. Calor específico
C1 C2 C3
M1 M2 M3
Cuerpos del mismo material pero de masas diferentes que poseen
Capacidades térmicas distintas.
Al dividir la capacidad termica de cada bloque entre su masa,
se obtiene el mismo resultado para todos los cuerpos es decir:
C1/m1 = C2/m2 = C3/m3 = constante
A esa constante se le llama calor especifico

20. •Si el cuerpo de masa m tiene una capacidad
térmica c, el calor específico c del material que
constituye el cuerpo esta dado por.

c = C/m
ejercicio : un bloque de plomo cuya masa es m = 170g
Se sabe que su capacidad térmica es c = 5.0 cal/°c por
Consiguiente el calor específico del plomo es:
c = C/m = 5.0 cal/°c /170g
En donde
C = 0.030 cal/g°c o J/Kg. °c

21. Conclusión problema anterior
•Para elevar en 1 °C la temperatura de un gramo de
plomo debemos suministrarle 0,030 cal de calor.
Ejercicios: se sabe que la masa del bloque
es m = 100g
¿Cual es el valor del calor específico del material que
Constituye el bloque? (hierro)
c = C/m
Se sabe que la capacidad térmica del hierro es aproximadamente11.3
Entonces:
c = 11.3 cal/°c / 100g
c (hierro) = 0.113 cal/g°c

22. calores específicos
Sustancia Cal /g ºC
Aluminio 0,212
Cobre 0,093
Hierro 0,113
Mercurio 0,033
Plata 0,060
Latón 0,094
Agua de mar 0,945
Vidrio 0,199
Arena 0,20
Hielo 0,55
Agua 1,00
Alcohol 0,58
Lana de vidrio 0,00009
Aire 0,0000053

23. Como el calor especifico es característico de cada
material el valor para cada Sustancias se
determina en laboratorios
El calor especifico de el agua es mucho mayor que los calores
específicos de casi todas las demás sustancias . Esto significa que al
ceder la misma cantidad de calor a iguales masas y de alguna otra
sustancia , se observa que la masa de agua se calienta mucho menos

24. Primera Ley De La Primera Ley De La
Termodinámica y Energía Termodinámica y Energía
InternaInterna

25. Esta ley es el conocido principio de conservación de la
energía, el cual establece que la energía no se puede
crear ni destruir, solo transformar. Esta ley relaciona el
trabajo W, el calor Q y la energía total interna Eint por
medio de la ecuación Δ U = Q - W
Primera Ley de la Primera Ley de la
TermodinámicaTermodinámica

26. Δ U = Q - W Q=Calor agregado
W=Trabajo
efectuado por el
sistema
E int( U ) = Cambio
en la energía
interna en el
sistema
•Si el sistema realiza trabajo, U
disminuye
•Si se realiza trabajo sobre el
sistema, U aumenta
•Si el sistema absorbe calor al
ponerlo en contacto térmico con
un foco a temperatura superior, U
aumenta
.
Primera Ley de la termodinámicaPrimera Ley de la termodinámica

27. Pensemos que nuestro sistema es un recipiente
metálico con agua; podemos elevar la temperatura
del agua por fricción con una cuchara o por
calentamiento directo en un mechero; en el primer
caso, estamos haciendo un trabajo sobre el sistema
y en el segundo le transmitimos calor. Lo que en
cualquiera de los casos provoca un cambio en la
energía interna del sistema
Ejemplo

28. Energía interna
Se denomina energía interna del sistema a la
suma de las energías de todas sus partículas.
En un gas ideal las moléculas solamente tienen
energía cinética , la energía interna solamente
depende de la temperatura.

29. Ejercicio 1
•Un sistema termodinámico sigue un proceso en el cual su energía
interna disminuye 500j. Si al mismo tiempo se hacen 220 j de
trabajo sobre el sistema ,encuentre el calor transferido por , o hacia
el sistema.
•Respuesta:
Δu= -500j
W=-220 j
Q= U+W
Q=-500j + -220j
Q= -720 j
El sistema transfirió 720 j de calor

30. Ejercicio2
•Se introduce gas ( nitrógeno) en un cilindro con embolo
movible , se agrega una cantidad de calor (Q=25000
Cal),al gas en un proceso isobarico y su energía interna
aumenta en 8000 cal. ¿Cuánto trabajo realizó el gas?
•Respuesta :
Q=25000 cal
Δu=8000 cal
Δu=Q – W
W=Q – Δu
W=25000 -8000 = 17000cal
W= 7.08 x10 ^-4 J

31. Primera Ley de
Termodinámica
Aplicaciones de la primera ley de
la termodinámica

32. Transformación Adiabática
Aislante térmico
GAS
Hay trabajo
pero no
hay calor
cedido o
absorbido.

33. Transformación Adiabática
•Consiste en una transformación donde
el sistema no intercambia calor con su
vecindad, es decir:
•Cuando un gas sufre una expansión (o
compresión) rápida, aun cuando las
paredes de su recipiente no sean
aislantes, ésta transformación se
puede considerar adiabática.
Q = 0

34. Transformación Adiabática
•Aplicando la 1ª ley de la termodinámica:
U = Q - T Como Q = 0
U = - T
Transformación adiabática

35. Transformación Adiabática
•“Un gas que se expande
adiabáticamente, disminuye su
temperatura, y si éste se comprime
adiabáticamente aumenta su
temperatura”.
U = -T

36. Transformación Isotérmica
•En una transformación isotérmica, la
energía interna del gas se mantiene
constante y, por lo tanto, no varía su
temperatura.
•Para que un gas se expanda (o
comprima) de modo isotérmico, debe
recibir (o ceder) una cantidad de calor
igual al trabajo que realiza en la
expansión (o comprensión).

37. Transformación Isotérmica
•Aplicando la 1ª ley de la
termodinámica:
Si Q = T
U = Q - T
U =constante
Entonces
c

38. Ejercicios
•Suponga que un gas se expande
rápidamente y que T = 250 [J].
c.¿Qué se puede decir del calor Q, que
se intercambia con la vecindad?
d.¿Cuál es la variación de la energía
interna?
e.¿La temperatura del gas aumentó,
disminuyó o no cambió?

39. Ejercicios
•Suponga que un gas, al expandirse,
absorbe una cantidad de calor Q =
150 cal. y realiza un trabajo T = 630
[J].
c.Exprese el valor de Q en joules.
(considere que 1 cal. = 4.2 [J].
d.¿Cuál fue la variación de energía
interna del gas?
e.¿Qué pasó con la temperatura?

40. Calor Absorbido Por Un Gas
PROCESO
TERMODINÁMICO

41. El calor absorbido se define como:

La energía cinética total de todos los átomos y
moléculas de una sustancia, a lo que constituye
el flujo de calor que es la transferencia de energía
que se produce únicamente como consecuencia
de las diferencias de temperaturas.

Las 3 formas de transmisión de calor son :
Conducción, Convección y Radiación.

También el calor tiene relación con los tipos
sistemas y ambientes.

42. Por ejemplo el acoplamiento de 2 cantidades
de agua en temperaturas diferentes ( una fría
y la otra caliente) lo que hace esta magnitud
física es mantener un equilibrio térmico que
seria enfriar el agua caliente y calentar la fría,
así manteniendo una nueva temperatura que
supuestamente es constante.
Fría
Caliente
Equilibrio térmico
Transmisión de calor por conducción
Este es un sistema abierto

43. •Magnitudes físicas correspondientes son:
•* Masa m, g
•* Variación de temperatura Tf – Ti, ºC
•* Calor absorbido Q cal
•* Calor especifico c cal/g ºC
Q = m*c*(Tf-Ti)
Calor absorbido es = a calor cedido
Intercambio de calor
por medio del agua en
un sistema abierto

44. •Aplicación:
•1) ¿Que cantidad de calor necesita absorber un trozo de cobre con
masa de 25 gramos si esta a una temperatura de 8ºC y se desea
que alcance una temperatura final de 20ºC?
El cobre esta al aire libre, teniendo como fuente de calor una llama.
•Procedimiento:
•Se que obtengo la masa del cobre m = 25 g, una temperatura inicial
de 8ºC, el calor especifico del cobre c = 0,093 cal/g ºC, la
temperatura final de 20ºC, pero se desconoce Q.
•Se aplica formula: Q = m*c*(Tf-Ti)
•Q = 25g * 0,093cal/g ºC * (20ºC – 8ºC)
•Q = 27,9 cal
Este es un sistema cerrado transmitiendo su energía por radiación.

45. •2) ¿Qué Q necesita un trozo de hierro teniendo una m de 731 g si
se encuentra a una T de 10ºC siendo calentado en un horno hasta
los 25ºC?
•Datos:
•Q = incógnita
•m = 731 g
•Ti = 10ºC
•Tf = 25ºC
•Calor especifico de hierro, c = 0,113 cal/g ºC
•Q = 731 g * 0,113 cal/g ºC * (25ºC-10ºC)
•Q = 1239,045 cal
Sistema cerrado transmitiendo energía por convección

46. RESPONDE LAS SIGUIENTES PREGUNTAS
DE ALTERNATIVAS
Haz click en la flecha

47. 1)El calor que se necesita entregarle a 2 litros de agua para eleve
su temperatura desde 20 ºC a 60 ºC es:
a) 80 cal
b) 2.000 cal
c) 80.000 cal
d) 120.000cal.
e) 20.000 cal

48. LO SIENTO NO ES LA CORRECTA
VOLVER

49. EXCELENTE
SIGUE AVANZANDO

50. 2) El calor específico del agua es 1 cal/g ºC y del cobre es de 0,09 cal/g ºC.
De lo anterior se deduce que si tenemos 1 kg de agua y 1 kg de cobre resulta:
a) más fácil elevar o disminuir la temperatura del agua que del cobre
b) más fácil elevar o disminuir la temperatura del cobre que la del agua
c)
que como son masas iguales, se necesita la misma cantidad de calor para cambiar la temperatura
d)
más fácil elevar las temperatura del agua, pero más difícil bajarla que el cobre.
e) Ninguna de las anteriores

51. VOLVER
LO SIENTO NO ES LA CORRECTA

52. EXCELENTE
SIGUE AVANZANDO

53. 3) Una cuchara de metal se encuentra dentro de una taza de café caliente.
La cuchara se siente caliente pues el calor se transmite hacia la mano por:
a) conducción
b) convección
c) radiación
d) conducción y convección
e) Radiación y conducción

54. LO SIENTO NO ES LA CORRECTA
VOLVER

55. EXCELENTE
SIGUE AVANZANDO

56. 4) Los beduinos en el desierto cubren todo su cuerpo con túnicas blancas.
De esa manera:
a) el blanco refleja parte de la radiación del Sol y las gruesas túnicas
evitan la conducción del calor ambiente hacia el interior de su cuerpo
b) el blanco refleja parte de la radiación de su cuerpo y las gruesas túnicas
evitan la conducción del calor ambiente hacia el ambiente exterior
c) el blanco absorbe radiación y la ropa permite la convección
d) se protegen de los cambios de temperatura en el día.
a)El blanco refleja parte de la radiación del Sol y las gruesas túnicas
evitan la radiación del calor ambiente hacia el interior de su cuerpo

57. LO SIENTO NO ES LA CORRECTA
VOLVER

58. EXCELENTE
SIGUE AVANZANDO

59. ESPERO QUE LO HAYAS HECHO
SUPER BIEN
AHORA VEREMOS UN VIDEO
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