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TERMODINAMICA
¿Que es Termodinámica? Es el estudio de las relaciones entre las
diferentes propiedades de la materia que dependen de la temperatura
La Primera Ley asegura la conservación de la energía total, mecánica y calorífica y su posible transformación de un tipo a otro
Sin embargo, la experiencia muestra que todo el trabajo puede transformarse en calor, mientras que éste no puede convertirse totalmente en trabajo
¿Que es Termodinámica?
También la experiencia enseña que el calor siempre pasa del cuerpo más caliente al menos caliente. Esta es la esencia de la Segunda Ley de la Termodinámica
La primera ley permite las transformaciones de energía
La segunda ley limita estas modificaciones en ciertos sentido.
CONCEPTOS FUNDAMENTALES Sistema: Es una porción de materia bien definida y que puede
considerarse limitada por una superficie cerrada, real o imaginaria.
La región no incluida en el sistema constituye el exterior o alrededores o ambiente
El sistema y su entorno forman el UNIVERSO
SISTEMAS AISLADOS, CERRADOS Y ABIERTOS
Transformación: Se llama transformación o proceso de un sistema a todo cambio en los valores
de las variables que lo determinan.
Como no todas las variables son independientes, el cambio en los parámetros en un proceso no es arbitrario
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES Un proceso reversible es uno
que puede efectuarse de tal manera que a su conclusión, tanto el sistema como sus alrededores regresan a las mismas condiciones iniciales
Ej: La compresión de un gas en contacto con un deposito caliente mediante granos de arena sobre el pistón
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
Un Proceso Reversible es aquel que se efectúa tan lentamente que se puede considerar que es una serie de estados en equilibrio, y el proceso total se puede hacer a la inversa sin cambiar la magnitud del trabajo efectuado o del calor intercambiado
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES Si es imposible que el sistema o sus alrededores
regresan a sus condiciones iniciales el proceso es Irreversible
Ej: La expansión libre de un gas contenido dentro de una membrana en un recipiente aislado
Equilibrio Termodinámico de un sistema: El equilibrio termodinámico, o estado de un sistema, está determinado por los valores de la presión, volumen, temperatura y cantidad de sustancia que un sistema puede tener, cuando éste está en equilibrio mecánico, térmico y químico
Los valores de la presión, temperatura se llaman parámetros o variables del sistema
TRABAJO EFECTUADO POR UN GAS
Consideremos el trabajo efectuado por el gas contenido en un cilindro, que se expande y empuja el pistón desde a hasta b
El trabajo hecho por el gas, para un pequeño desplazamiento, es:
El trabajo total es:
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
Un sistema puede efectuar o recibir trabajo, y también entregar o recibir calor del exterior, en consecuencia, trabajo y calor son los medios de transferir la energía.
La experiencia muestra que si un sistema pasa del estado 1 al 2, cualquiera que sea la manera o trayectoria, la cantidad de calor recibida por el sistema, menos el trabajo realizado por él, es constante .
Esta constante es, por definición, la variación de energía interna entre el estado 1 y 2. Como sucede con otras formas de energía, sólo es posible definir diferencias de energía interna y no valores absolutos
En consecuencia:
CONVENCIÓN DE SIGNOS
El calor (Q) que recibe el sistema se considera positivo, mientras que el entregado al exterior es negativo
El trabajo (W) hecho por el sistema se considerará positivo, mientras que el realizado sobre el sistema es negativo
CONVENCIÓN DE SIGNOS
SISTEMA AISLADO
En un sistema aislado (no hay intercambio de energía con el exterior), para cualquier proceso en el interior del sistema, Q=0, W=0 y, según la Primera Ley, ΔU=0, es decir, que la energía interna es constante.
En resumen, la energía interna de un sistema aislado no puede modificarse por ningún proceso interno del sistema.
APLICACIONES DE LA PRIMERA LEY La primera ley se puede aplicar a algunos procesos sencillos:
a. Proceso Ciclico. Es cuando un sistema, por una serie de procesos, vuelve a su estado inicial
ΔU=0 , y Q=WMódulo: W (ciclo)=Área encerrada por la curva
Signo: “-” si la curva se recorre en sentido contrario a las agujas del reloj “+” si se recorren en sentido de las agujas del reloj
Wciclo=Wa+Wb (-) área bajo a (+) área bajo b
APLICACIONES DE LA PRIMERA LEY b. Proceso isobárico Presión
constante
c. Proceso isométrico Es un proceso a volumen constante
W=0ΔU=Q Q= ncv(TB-TA)
d. Proceso isotérmico Es un proceso a temperatura constante
la energía interna de un gas perfecto depende solamente de la temperatura
ΔU=0 y Q= W
CAPACIDADES CALORIFICAS• La capacidad calorífica nos da información sobre
la energía interna Estructura molecular• Capacidades Caloríficas en gases
CAPACIDADES CALORIFICAS. GAS IDEAL
Relación entre Capacidades Caloríficas en gases ideales.
Este proceso puede realizarse rodeando e sistema de material aislante o efectuándolo muy rápidamente, para que no haya intercambio de calor con el exterior
e. Proceso adiabático Es cuando un sistema no gana ni pierde calor, es decir, Q=0
EXPANSIÓN ADIABATICA – CUASIESTATICA DE UN GAS IDEAL
y definimos la constante adiabática
CAPACIDADES CALORIFICAS EN GASES Y GRADOS DE LIBERTAD
CUADRO DE LAS TRANSFORMACIONES TERMODINAMICAS
Una máquina térmica trabaja con 3 moles de un gas monoatómico, describiendo el ciclo reversible ABCD de la fig. Sabiendo que VC=2VB
a.- Calcular el valor de las variables termodinámicas desconocidas en cada vértice.
b.- Deducir las expresiones del trabajo en cada etapa del cicloc.- Calcular el trabajo, el calor y la variación de energía internaR=0.082 atm l/mol k; 1cal=4.186J; 1atm=1.013105Pa, cv=3R/2
