termodinamica 1 (teoria de cesar vallejo)

bases d la termodinamica

2. SEMANA 25
FISICA
Tema:TERMODINÁMICA 1

3. OBJETIVOS
➢Conocer los conceptos básicos de la
termodinámica.
➢Estudiar la primera ley de la termodinámica
➢Aplicarlaprimeraleyalosprocesos
termodinámicosdelosgasesideales.

4. Fenómenos térmicos en la cocina
Esunaramadelafísicaqueseencargadel
estudiodelasleyesquegobiernanla
transformacióndeenergía,Ladirecciónen
lacualelcalorfluyeyladisponibilidaddela
energíaparahacertrabajo.
¿Quéeslatermodinámica?
INTRODUCCION
Motores de
combustión
Centrales termoeléctricas
Algunasaplicacionesdelatermodinámica

5. SISTEMA TERMODINÁMICO
Esaquellapartedeluniversoque
seleccionamosyseparamosdelresto,
paraanalizarlosdiversosfenómenosque
ocurrenenél.
Loquenoformepartedelsistemaseráconsiderada
comoentornooalrededores.
Un sistema termodinámico puede ser:
abierto
intercambio con
el entorno
materia y
energía
cerrado
No intercambio
de materia con
el entorno, solo
energía.
aislado
no intercambio
con el entorno de
materia ni
energía.
Agua
(100 °C)
Vapor
(120 °C)
Vapor
(120 °C)
Agua
(100 °C)
Vapor
(120 °C)
Agua
(100 °C)
aislante
térmico
CONCEPTOS PREVIOS
SUSTANCIA DE TRABAJO
Paranuestrospropósitosusaremoscomo
sustanciadetrabajoungasideal,gasquese
encuentraabajaspresiones.

6. ESTADO TERMODINÁMICO
Cuando el sistema es un gas ideal
Estado
termodinámico
= f (Presión, volumen, temperatura)
Dondelosparámetrosdeestadoserelacionanconla
ecuacióndeestado:
��=���
Laspropiedadesdeunsistemaenequilibrio
termodinámicotienenvaloresconstantesdefinidos.A
esteconjuntodevaloressedenominaestado
termodinámico.
�:presión (��)
�: constante universal de
los gases:
�=8,31
�
���.�
�:numero de moles (���)
�:volumen (�
3
)
�:temperatura (�)
Presión (P)
Temperatura (T)
Numero de moles
(n)
Volumen(V)
PROCESO TERMODINÁMICO
Sedacuandoelgaspasadeunestado
termodinámicoinicialaunofinal.
Estado inicial
Estado final
�
�;�
�;�
�
�
0;�
0;�
0

7. RESOLUCIÓN
APLICACIÓN
Ungloboinfladotieneunvolumende6Lal
niveldelmar(1atm)yselepermite
ascenderhastaquelapresiónesde0,45
atm.duranteelascenso,latemperaturadel
gasbajade22°Ca-21°C¿Cuálesel
volumendelgloboensualtitudfinal(enL)?
y¿Cuáleselnumerodemolesdelgas(en
mol)?
A)11y0,24 B)9y032 C)5,6y0,52
D)7y0,26 E)6,6y0,12

8. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Esunaaplicacióndelprincipiodelaconservacióndela
energíayestablecequelacantidaddecalorquese
transfiereduranteunprocesoaunsistema
termodinámico,esexactamenteigualaltrabajo
realizadoporelsistema,maselcambioenlaenergía
internaqueexperimentaelsistema.
Matemáticamente:
�=�
??????��+??????�
??????��
Q
�
??????��??????�
??????��
Considerando al gas:
�: Calor transferido
�
��??????: Trabajo del gas
??????�
??????��: Variacionde la energía interna
���??????�??????��??????��:
�
+:Si el gas gana calor
−:si el gas pierde calor
�
��??????
+:Si el gas se expande
−:Si el gas se comprime
??????�
��??????
+:Si aumenta su energía interna
−:Si disminuye su energía interna

9. APLICACIÓN
�=60�
RESOLUCIÓN
Piden la variación de la energía interna: ∆�
��??????
�
=60�
De la primera ley de la termodinámica
�=�
��??????+∆�
��??????
+60=+20+∆�
��??????
∆�
��??????=+40�
Elsignopositivoindicaunaumentoenlaenergía
interna.
Setieneungasidealenunrecipiente
decapacidadcaloríficadespreciable.
Sielgasrecibe60Jdeenergíaen
formadecaloryseexpande
realizando20Jdetrabajomecánico,
determinelavariacióndeenergía
internaqueexperimentaelgas.

10. Respecto al trabajo
realizado por el sistema:
���??????
�→�
=+�??????��
P
V
�
��
�
�
�
�
�
�
�
APLICACIÓN
Ungasidealencerradoen
unrecipienteexperimenta
elprocesoa-b,cuandose
lesuministra2kJdecalor.
Calculelavariacióndela
energíainterna.
�(��)
�(�³)
1000
3000
0,20,7
�
�
RESOLUCIÓN
�(��)
�(�³)
1000
3000
0,20,7
�
�
??????
Piden la variación de la energía interna: ∆�
��??????
De la primera ley de la termodinámica
�=�
��??????+∆�
��??????
+2000=+�??????��+∆�
��??????
+2000=
( + )
2
+∆�
��??????
∆�
��??????=+1000�
100030000,5

11. Respecto a la energía interna:
Laenergíainternadeungasidealdependeúnicamentede
sutemperatura.
Enelcasodeungasidealmonoatómico:i=3
�
��??????=
3
2
���
�����??????��??????��
=
3
2
��
�
�
�
Enelcasodeungasidealdiatómico:i=5
�
�
�
�
��??????=
5
2
���
�??????�??????��??????��
=
5
2
��
Enconsecuencia,lavariacióndelaenergíainternadeun
gasidealdependeúnicamentedelosestadosinicialy
finalindependientementedelprocesoseguido.
�
�
�
�
(1)
(2)
(3)
∆�
(1)=∆�
(2)=∆�
(3)=�
�−�
�
=
3
2
��∆�=
3
2
�
��
�−�
��
�
=
5
2
��∆�=
5
2
�
��
�−�
��
�
∆�
��??????
�����??????��??????��
∆�
��??????
�??????�??????��??????��
�
��??????=
i
2
���
�: constante universal de los
gases
�:numero de moles
�:temperatura
i∶grados de libertad
∆�
��??????=
i
2
��∆�
∆�:variación de la
temperatura

12. Procesos termodinámicos
Presión constante
Donde:
Proceso Isobárico
�
��??????=�
��??????∆�
Volumen constante
�
��??????=0Se verifica:
Proceso Isócoro
Proceso Isotérmico
Temperatura constante
Δ�
��??????=0
�
��??????=�
��
���
??????�
??????�
Donde:
�
��??????=�
??????�∆� �
��??????=�
??????�∆�
�
??????:Calor específico molar a
presión constante:
�
??????:Calor específico molar a
volumen constante:
�: número de moles
OBSERVACION:�
??????−�
??????=�

13. PROCESO ADIABÁTICO
��
??????
=�??????�;??????=
�
??????
�
??????
Elsistemanotieneintercambiodecalorconelentorno.
�
��
�
??????
=�
��
�
??????
Alrealizartrabajoenesteprocesoelsistemadebeusarsu
energíainterna,así:
Si el gas se expande: su energía interna disminuye
Si el gas se comprime: su energía interna aumenta
�
��??????=−Δ�
��??????
�
��??????=Á??????��
Lacurvaadiabáticasiempreestacontenidaentredos
isotermas,ademásestacurvatienemaspendientequela
isoterma.
�=�
��??????+�
��??????Primera ley:
�=0Donde:
=
�
��
�−�
��
�
1−??????
De la gráfica:
Á??????��

14. OBSERVACION
Sabemosqueparacualquierprocesose
cumple
∆�=�
??????�∆�
Gas ideal
Calor específico
�
?????? �
??????
monoatómico
3
2
�
5
2
�
diatómico
5
2
�
7
2
�
∆�
��??????=
i
2
��∆�
∆�:variación de la temperatura
�: constante universal de los gases
�:numero de moles
i∶grados de libertad
Secumple:�
??????=
i
2
�
Entonceslavariacióndelaenergíainternasepuede
expresar:
�
??????:Calor específico molar a
volumen constante:

15. RESOLUCIÓN
APLICACIÓN
Semuestraelprocesoseguidopor
ungasmonoatómicoDetermineel
calorabsorbidoenelprocesoAC
>
P
V
�
0 3�
0
2�
0
��
�)15�
0�
0
�)7,5�
0�
0
�)10�
0�
0
�)6�
0�
0
�)4�
0�
0
>
P
V
�
0 3�
0
2�
0
��

16. EVALUACION 25