TERMODINAMICA

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

EL CALOR ADQUIRIDO POR UN SISTEMA SE TRANSFORMA EN TRABAJO Y CAMBIA SU

ENERGIA INTERNA.

= +

Q= Calor (+) Absorve calor

(-) Libera calor

W= Trabajo (+) El sistema lo realiza

(-) Se realiza sobre el sistema

=Variacion de la energa interna (+) Aumenta

(-) Disminuye

PROBLEMA 1:

Un sistema termodinmica libera 120J de calor a su vecindad y sobre el se realiza un trabajo

de 280J. Determine la energa interna final del sistema (en J) si la energa interna inicial es

286.6J.

Datos:

Q= -120J

W= -280J

= Uf Ui = Uf 286.6J

Entonces reemplazamos en la ecuacin de la Primera Ley tenemos:

-120J = -280J + Uf 286.6J

Uf = 280 + 286.6 120

Uf = 446.6 Joules

PROBLEMA 2:

Un Sistema sufre un proceso en el cual absorbe 50 calorias y se expande realizando un

trabajo de 319 joules. Cual es la variacin de la energa interna en joules que experimento

el sistema? (1 joules=4.18 joules)

Datos:

Q = 50 cal x 4.18 joules/1 cal =209 Joules

W = 319 J

= ?

Entonces aplicamos la ecuacin de la primera ley de la termodinmica:

209 = 319 +

=

PROBLEMA 3:

Un mol de gas monoatmico experimenta el proceso termodinmico que se ilustra en la

figura:

Cul es el calor neto en KJ que absorbe el gas durante cada ciclo?

RESOLUCION:

Ti = Tf de donde = 0 de donde e = 0

= +

Q = W = S = b.h/2

Q = 1x5x105 / 2

Q = 250 KJ

PROBLEMA 4:

Se comprime adiabticamente un mol de gas monoatmico, efectuando sobre este un

trabajo de 100 KJ . En cuantos grados Kelvin aumento la temperatura del gas?

A B

C

V (m2)

P (105Pa)

RESOLUCION:

W = 100 KJ = 105 J

= +

0 = 105 +

= 105

2 = 105

3

2 1 8.31 = 100000

=

PROBLEMA 5:

Un recipiente contiene 320 g de oxgeno a la temperatura de 20 C. Determine la cantidad

de calor que se le debe suministrar (en KJ) para elevar su temperatura hasta 220 C,

manteniendo la presin constante Cp = 7R/2.

RESOLUCION:

=

= 7

2

=

=

320

32= 10

= = 220 20 = 200

= 7 8.81

2 10 200

= 58170

= ,

PROBLEMA 6

Una baera contiene 50 litros de de a agua a 25C Cunto tiempo ser necesario abrir el

grifo de agua caliente para que la temperatura final del agua sea 40C?

Temperatura del agua caliente 80C y el caudal del grifo 25L/min

25 L/min 80C

50 L 25C 40C (final)

1= M x C x = M = 1 cal/ g C x (80 - 40)C 1=2

2= M x C x = 50000g x 1cal/ g C x (40-25)C

M x40= 50000 x 15

M = 50000 x15/40 = 18750 g = 18,750 kg = 18,750 L

1min 25 L

t 18,750 L

t = 0.75 min

1min 60 s

0.75 min X

X = 45 s

PROBLEMA 7

Calcular el aumento de energa interna que tiene lugar al evaporarse 25gr de agua a 20C

y presin normal, suponiendo que el vapor de agua se comporta como un gas ideal. (El

calor de vaporizacin del agua a 20C es 580 cal/g). Expresar el resultado en cal.

= +

W = . 25g = 0,025 L = volumen liquido

1 atm m3 P . V = n . T . R

V = n . T . R/ P

Pa M= m/n

n = m/M = 25 g / 18g/mol = 1.39

V = n . T . R/ P = 1,39 x 0,082 (273 +20)/1 = 33,369 L

= 33.369 0,025 = 33,344 L

W= 1atm x 1,013 x 105 Pa / 1 atm = 33,344 L x 1m3/1000L = 3377,77 J

Q = m . Cv = 25g . 580 cal/g = 14500cal.

1J 0,24 cal

3377,77 X

X= 810 cal = W

= 14500 810 = 13690 cal.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

Como se coment texto atrs, Es imposible construir una mquina trmica que transforme

en su totalidad el calor en energa y viceversa.

La Eficiencia de una mquina trmica es la relacin entre el trabajo mecnico producido y

el calor suministrado.

Dnde:

Trabajo Mecnico [Cal, Joules]

Calor Suministrado [Cal, Joules]

Calor Obtenido [Cal, Joules]

Trabajo de Entrada [Cal, Joules]

Trabajo de Salida [Cal, Joules]

e = Eficiencia [ % ]

PROBLEMA 8:

Cul es la eficiencia de una mquina trmica a la cual se le suministrarn 8 000 caloras

para obtener 25 200 Joules de calor de salida?

Solucin: Sin duda el problema es muy fcil de resolver, simplemente tenemos que sustituir

los datos en nuestra frmula:

Sustituyendo nuestros datos:

Lo que sera equivalente a un 25% de eficiencia trmica

PROBLEMA 9:

Calcular la eficiencia de una mquina trmica a la cual se le suministran 5.6 x 10^8 cal,

realizando un trabajo de 8.3 x10^7 J.

Solucin: Vamos a utilizar nuestros datos de la siguiente manera:

[Calor suministrado a la mquina]

[ Trabajo realizado por la mquina]

Convertimos las calorias en Joules, haciendo este pequeo factor de conversin 1 Cal =

4.185 J/Cal , de tal manera que ahora , tendr el siguiente valor:

Sustituyendo en la frmula, tendremos:

que multiplicado por 100, tendramos

Haciendo un total del 3.41 por ciento de eficiencia trmica, bajo esas condiciones.

Ahora veamos otro ejemplo de anlisis.

PROBLEMA 10:

Suponga que una persona le comenta que construy una mquina trmica la cual, en cada

ciclo, recibe 100 cal de la fuente caliente y realiza un trabajo de 418 J. Sabiendo que 1 cal

= 4.18 J. Qu puede opinar al respecto?

Solucin: Si la mquina recibe 100 cal de la fuente caliente quiere decir que:

Ahora por frmula tenemos:

que multiplicado por 100, tenemos

Por lo que nuestra respuesta tendr que ser, que eso es imposible ya que viola la segunda

ley de la termodinmica, al decir que una mquina no puede realizar una eficiencia de 100%,

puesto que al realizar algn trabajo la energa tiene que disiparse de alguna forma o

transformarse en otra cosa.