PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.doc

7/25/2019 PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA.doc

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERA MECNICA ENERGA

Ao de la Unin contra la Crisis Mndial!

"RIMERA "R#CTICA DIRIGIDA

CUR$%& RE$I$TENCIA DE MATERIALE$ I

"R%FE$%R& DE LA CRU'( "EDR%

INTEGRANTE$&

TORRES MORY BEBERLY, JANET (052871C)

VALDERRAMA OSORES, DIEGO (054046J)

ATALAYA TAFUR, ALE (050862G) RONDONIL SA!ALLANAY, FREDDY (0207""E)

!ESO ALTAMIRANO, YOLANDA (06)

!ORTALES CARRILLO, AUGUSTO (05)


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"RIMERA LE) DE LA TERM%DINMICA!

RESUMEN

La primera ley de la termodinmica es una generalizacin de la ley deconservacin de la energa que incluye los posibles cambios en la energainterna. Es una ley vlida en todo el Universo y se puede aplicar a todos los tiposde procesos, permite la conexin entre el mundo macroscpico con elmicroscpico; es por sta razn que en el siguiente traba!o de investigacinmostraremos los "undamentos de la re"erida ley, poniendo n"asis en lasaplicaciones a"ines a nuestra carrera.

ABSTRACT

#$e "irst la% o" t$ermodynamics is a generalization o" t$e la% o" conservation o"energy, including possible c$anges in t$e internal energy. & la% is validt$roug$out t$e universe and can be applied to all types o" processes, allo%s t$econnection bet%een t$e macroscopic to t$e microscopic %orld, it is "or t$isreason t$at t$e next piece o" researc$ %ill s$o% t$e basics o" t$e &ct, ma'ingemp$asis on applications related to our career.

I. INTRODUCCIN:

En ()*+ el mdico norteamericano

oberto -eyer dio la "orma msclara de plantear el primer principiode la termodinmica, despus demuc$os intentos. us anlisispartieron de la preocupacin de supro"esin all por ()*/ en la isla de0ova, al estudiar las caractersticascorporales y "lu!o sanguneo depobladores de zonas tropicales yzonas "rgidas. El r. -eyer seplante de la siguiente manera1

23ariar o no la cantidad de calordesprendido por el organismo aloxidarse una cantidad de alimento,si el organismo adems dedesprender calor, realiza traba!o. ila cantidad de calor no vara,entonces de una misma cantidadde alimento se puede obtener calor,por e!emplo por rozamiento. i

vara la cantidad de calor, entoncesel traba!o y el calor tienen

la misma "uente1 El alimento

oxidado en el organismo. Entoncessi el calor y eltraba!o pueden trans"ormarse unoen otro.4

-eyer llega a la siguienteconclusin1

2El calor y el movimiento 5traba!o6del organismo se trans"orma unoen otro4,a este principio es lo quese llama el 2principio deequivalencia del calor en traba!o4,pues posteriormente en ()7+ seconvierte en lo que $oy llamamos2La 8rimera Ley de la#ermodinmica4.II.OBJETIVOS:

e"orzar los conocimientos

adquiridos acerca de esteprincipio.


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Estudiar la 8rimera Ley de La

#ermodinmica dndole un en"oqueque se adecue ms a la realidad.

III.HIPTESIS:

Luego de "inalizar el traba!o deinvestigacin estaremos en lacapacidad de1 aplicar y comprender

correctamente 2La 8rimera Ley deLa #ermodinmica4. Entender el "uncionamiento y

utilidad de las mquinas quetraba!an ba!o ste principio.

IV.MARCO TERICO:

La 8rimeraLey de la

#ermodinmica es la ley deconservacin de la energaaplicada a los sistemastermodinmicos.9ay una analogaentre los sistemas termodinmicosy los sistemas mecnicosconservativos, para los cuales se

cumple la ley de conservacin de laenerga 5mecnica6.

Energa mecnica es igual altraba!o realizado sobre el sistemapor dic$as "uerzas. La analogaconsiste en imaginar que lossistemas termodinmicos realesson sistemas mecnicosconservativos cuyas partes5tomos, molculas, etc.6 son

demasiado peque:as como paraser percibidas.

e supone que si se toman encuenta los movimientos a escalamicroscpica, la ley deconservacin de la energa siguevaliendo, pero que las energas

cintica y potencial asociadas conlos movimientos puramentemicroscpicos se mani"iestan en laescala macroscpica delexperimento como calor. Luego, elcalor es una "orma de energa, y laenerga 5total6 se conserva.

La analoga mecnica sugiere quela de"inicin de energa para unsistema termodinmico debe estar

relacionada con el concepto detraba!o exterior, es decir, traba!orealizado por "uerzas provenientesdel ambiente. 3eremos que talde"inicin es en e"ecto posible. eencuentra adems que al de"inir eltraba!o termodinmico convienerestringir las "uerzas exteriores a"uerzas conservativas, excluyendo"uerzas disipativas como la "riccin.En consecuencia el traba!o

termodinmico se de"ine entrminos de "uerzas conservativasen el ambiente. e lo puedevisualizar como el ascenso o eldescenso de pesas en un campogravitatorio, aunque puedecomprender otras "ormas de traba!ocomo la carga o descarga de uncondensador sin prdidas, etc. Lanocin de traba!o termodinmico esentonces ms restringida que la detraba!o mecnico en general1 por

de"inicin se mide en el ambiente yno en el sistema, y consistesolamente de traba!o conservativo.& parte esta di"erencia, se calculacomo el traba!o mecnico ordinario.En esas condiciones nospreguntamos qu clase deexperimentos nos pueden permitirde"inir la energa del sistema o, en

ltima instancia, si es o no posibledar esa de"inicin.


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Experimentos e Jo!"e:

Los experimentos que demostraronla posibilidad de de"inir la energade un sistema termodinmico"ueron realizados en ()*< por0ames 8rescott 0oule.

Los experimentos de 0oule "ueronadiabticos, y se emple el aparatocuyo esquema se muestra en la=ig. + para realizar una serie deexperimentos en los cuales las

pesas descienden lentamente

#I$.%

$aciendo girar las paletas queagitan el medio. >omo resultadode ello ocurra un cambio delestado del sistema 5cierta cantidad

de agua6, consistente en unaumento de temperatura desde latemperatura ambiente a unatemperatura ligeramente superior.

&l analizarestos

experimentos conviene suponerque la super"icie de las paletas esel lmite del sistema. &s el cambiodel estado ocurre debido almovimiento del contorno. 0oule

tambin realiz experimentos conmercurio en lugar de agua, y condiscos de $ierro que se "rotabanentre s dentro del lquido, en vezde agitarlo mediante las paletas.#ambin llev a cabo otrosexperimentos en los que elaumento de temperatura seobtena como resultado de untraba!o elctrico.

?racias a sus experimentos 0ouleencontr que la realizacin de unadeterminada cantidad de traba!oadiabtico produca siempre lamisma variacin del estado delsistema, sin que importara eldispositivo usado para producir eltraba!o ni cul "uera la naturalezadel sistema. i a$ora suponemosque lo mismo vale para cualquiersistema termodinmico y ba!o

cualquier condicin, podemosde"inir la energa de un sistematermodinmico y "ormular la8rimera Ley.

&. DE#INICIONES:

1.1 Sistema1 cualquier grupo detomos, molculas, partculas uob!etos en estudio termodinmico.8or e!emplo el agua dentro de un

envase, el cuerpo de un ser vivo ola atms"era. Un esquema se

#$%&' %* + -$


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energa y se puede realizartraba!o 5"igura *6

1.3 Sistema cerrado1 sistema

en el cual no entra ni sale masa,pero que puede intercambiar calory energa con el ambiente

1.4 Sistema abierto1 sistema quepuede tener variacin de masa,como por e!emplo intercambio degases o lquidos, o de alimentos enlos seres vivos.

1.5 Sistema cerrado aislado1sistema en el cual no se produceningn intercambio de calor oenerga con el ambiente a travsde sus "ronteras.

1.6 Calor: e debe distinguir desdeun principio claramente entre losconceptos de calor y energa

interna de un ob!eto. El calor,5smbolo @6, se de"ine como laenerga cintica total de todos lostomos o molculas de unasustancia. El concepto de calor, seusa para describir la energa quese trans"iere de un lugar a otro, esdecir "lu!o de calor es unatrans"erencia de energa que seproduce nicamente comoconsecuencia de las di"erencias de

temperatura.

1.7 Trabajo: Ao es "cil englobarlas distintas BclasesB de traba!o enuna nica de"inicin microscpica,as que en principioconsideraremos traba!o a cualquierintercambio de energa que no seatrmica ni debida al "lu!o demateria.

%. DESARRO''O DE 'A PRIMERA'E(:

>onsiderar un sistematermodinmico donde se produceun cambio desde un estado iniciali a otro "inal ", en el cual seabsorbe o libera una cantidad @

de calor y se realiza traba!o C poro sobre el sistema. i se mideexperimentalmente la cantidad @D C para di"erentes procesos quese realicen para ir desde el estadoinicial al estado "inal, se encuentraque su valor no cambia, a estadi"erencia de @ D C se le llamacambio de energa interna delsistema. &unque por separados @y C dependen de la trayectoria, la

cantidad @ D C, esto es, elcambio de energa interna esindependiente de la trayectoria odel proceso que se realice para irdesde el estado inicial al estado"inal. 8or esta razn se consideraa la energa interna como una"uncin de estado, que se mide en0. y se simboliza por U, el cambiode energa interna es U F U" DUi, entonces se puede escribir laprimera ley de la termodinmica1

)U * U+ , Ui * - , G..5(6

En la e/!0/i1n &, @ es positivo5negativo6 si se le agrega 5quita6calor al sistema y C es positivocuando el sistema realiza traba!oy negativo cuando se realizatraba!o sobre el sistema.

%.& CASOS ESPECIA'ES:

0. Sistem0 0is"0o.8ara un sistema aislado, que nointeracta con los alrededores, no


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$ay trans"erencia de calor, @ F /,el traba!o realizado tambin escero y por lo tanto no $ay cambiode energa interna, esto es, laenerga interna de un sistema

aislado permanece constante1

- * * 23 )U * 2 4 U+ * Ui

5.Pro/eso /6/"i/o.

Es un proceso que empieza ytermina en el mismo estado. Eneste caso el cambio de energainterna es cero y el calor

agregado al sistema debe serigual al traba!o realizado duranteel ciclo, entonces1

)U * 2 4 - *

/.Pro/eso /on * 2.

i se produce un proceso dondeel traba!o que se realiza es cero,el cambio en la energa interna esigual al calor agregado o liberadopor el sistema. En este caso, si sele agrega 5quita6 calor al sistema,@ es positivo 5negativo6 y laenerga interna aumenta5disminuye6. Esto es1

* 23 )U * -.

.Pro/eso /on - * 2.

i a$ora se realiza un procesodonde la trans"erencia de calor escero y el sistema realiza traba!o,entonces el cambio de la energainterna es igual al valor negativodel traba!o realizado por elsistema, por lo tanto la energainterna disminuye; lo contrarioocurre si se realiza traba!o sobreel sistema. &l cambiar la energa

interna, cambia la energa cinticade las molculas en el sistema, lo

que a su vez produce cambios enla temperatura del sistema.

- * 23 )U * 7

El calor y el traba!o son variablesmacroscpicas que puedenproducir un cambio en la energainterna de un sistema, que es unavariable microscpica.

&unque @ y C no sonpropiedades del sistema, sepueden relacionar con U por laprimera ley de la termodinmica.>omo U determina el estado deun sistema, se considera una

"uncin de estado.

%.% PRIMERA 'E( PARA UINVO'UMEN DE CONTRO':

La cantidad de energa interna deun volumen de control puedecambiar cuando este sistema

interacta con el medio ambiente,las "ormas de interaccin son eltraba!o C, el calor y el "lu!o de

masa Hm. uponiendo que laenerga mecnica permanececonstante, el cambio de energainterna para un volumen de controlla expresamos matemticamente1

%.8 AP'ICACIONES:

&lgunas de las mquinas quetiene como principio de"uncionamiento esta ley son1


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(. #oberas y di"usores+. >ompresores y turbinas


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%.8.8 Sistem0 /ompresor e 0ire:

CO NC'USIO NES:

K 8ara todo sistema termodinmico existe una magnitud U, llamada energainterna, que es "uncin slo del estado del sistema y no de los procesosmediante los cuales se obtuvo ese estado.

K La di"erencia de energa interna entre dos estados se mide por el traba!oadiabtico necesario para llevar al sistema de uno de los estados al otro.

K 8ara procesos no adiabticos, la di"erencia entre el traba!o que se realiza yla variacin de energa interna es, por de"inicin, calor.


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