Tema 2 Primera ley de la termodinámica - DCB · 2017-07-28 · diferencia entre el ... equilibrio...
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Tema 2 Primera ley
de la termodinámica
M del Carmen Maldonado Susano
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Objetivo
El alumno realizarábalances de energía ensistemas termodinámicos,mediante la aplicación dela primera ley de latermodinámica.
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Contenido
2.1 Definición de termodinámica.Concepto de sistematermodinámico. Sistemastermodinámicos: abierto, cerradoy aislado. Frontera y ambiente.
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TERMODINÁMICA
Es la ciencia que estudia laenergía, sus transformaciones,
los medios empleados paraefectuar dicha transformación
y aquellas propiedades queguardan alguna relación con laenergía.
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Sistema termodinámico (sistema)
Porción del espacio ocantidad de materia que seselecciona para realizar unanálisis energético.
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Sistema termodinámico (sistema)
Todo lo ajeno al sistema se conoce comoentorno o medio ambiente, y el límitereal o hipotético se denomina frontera olímites del sistema.
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Sistema
Abierto
Cerrado
Aislado
Clasificación de Sistema
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SISTEMA CERRADO
• Es un sistema en el cual sólo existeintercambio de energía pero no haytransferencia de masa entre el mismoy sus alrededores.
• Como ejemplo podemos citar el gasencerrado en un cilindro en un motorde combustión interna o una ollatapada.
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SISTEMA ABIERTO o VOLUMEN DE CONTROL
Es un sistema en el cual existeintercambios de energía y materia.
Una turbina o una caldera sonejemplos de volúmenes de control.
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SISTEMA AISLADO
Llamamos sistema aislado aaquel cuyas paredes no permitenni la transferencia de masa ni latransferencia de energía.
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PROPIEDAD TERMODINÁMICA
Es una característica de unsistema termodinámico y sólodepende de la condición oestado en que se encuentre, esdecir es independiente de cómose llego a ese estado.
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Propiedades
Intensivas:No dependen de la masa.
Extensivas:Si dependen de la masa.
PROPIEDAD TERMODINÁMICA
• Pueden clasificarse en:
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PROPIEDAD TERMODINÁMICA
oPropiedades intensivas: sonindependientes de la masa delsistema (presión, latemperatura, la densidad, elvolumen específico, etc…).
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PROPIEDAD TERMODINÁMICA
oPropiedades extensivas: Son aquellas que si dependen de la masa del sistema (masa, el volumen, peso, etc…).
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Las propiedades extensivas son aditivas
en tanto que las intensivas no lo son.
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Frontera
La frontera puede ser :
Frontera
Superficie fija
Variable con el tiempo
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Clasificación de la Frontera
Pasaje de
masa
Permeable
Impermeable
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Interacción térmica
Diatérmica
Adiabática
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Interacción mecánica
Flexible
Rígida
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Contenido
2.2. Conceptos de estado, proceso,ciclo y fase. Equilibriotermodinámico.
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ESTADO
Es la condición en la que seencuentra un sistema en undeterminado momento y sepuede definir por dos o máspropiedades independientes.
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ESTADO
En el caso de sustanciassimples, el estado se define pordos propiedades independientescomo pueden ser la presión y latemperatura.
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CAMBIO DE ESTADO
Es el cambio de condiciónde un sistema.
Por lo tanto, proceso es elcambio continuo de Estado.
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PROCESO
• Es la trayectoria o la sucesiónde estados por los que pasa unsistema para ir de un estadoinicial a otro final.
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• Los procesos los podemosclasificar en:
CLASIFICACIÓN DE PROCESOS
Proceso
Reversible
Irreversible
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PROCESO REVERSIBLE
oSÍ se puede regresar delestado final al estadoinicial siguiendo losmismos estados.
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PROCESO IRREVERSIBLE
No se puede regresar delestado inicial al estadofinal siguiendo la mismatrayectoria ya que enrealidad en estos procesosno existen estadosintermedios.
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PROCESO CASI ESTÁTICO (cuasiestático)
oNo hay variación en suspropiedades, sinembargo, si haydiferencia entre elestado inicial y el estadofinal.
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PROCESO CÍCLICO
Es aquel en el que el sistemaparte de un estado deequilibrio inicial, transita porotro estado de equilibriodiferente y termina en elestado de equilibrio inicial.
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Podemos decir que en la práctica todos los procesos
son irreversibles pero podemos idealizar los
procesos como cuasiestáticos en los cuales sólo existe un desequilibrio
diferencial entre los procesos.
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Trayectoria
Es el camino quesigue el proceso.
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Fase
Es el estado o condición decohesión intermolecular de lasustancia.
Todo cambio de fase implicaun cambio de estado.
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Diagrama de Estado
Es un medio gráfico paramostrar un gran númerode datos termodinámicosen una sola hoja.
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Estado de equilibrio de un sistema
El estado del sistema serepresenta por unpunto en un diagramaP-V.
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Podemos llevar alsistema desde un estadoinicial a otro final através de una sucesiónde estados de equilibrio.
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Contenido
2.3. Propiedades de las sustancias.Sustancia pura. Postulado deestado. Capacidad térmicaespecífica. Entalpia.
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SUSTANCIA PURA
• Substancia que tiene unacomposición químicahomogénea e invariable entodas sus fases.
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SUSTANCIA PURA
• Puede existir en más de unafase, de manera quemezclas de agua y vaporsiguen considerándosesubstancia pura.
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SUSTANCIA PURA
• Mezclas de gases a vecespueden considerarsesubstancia pura si no haycambio de fase.
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SUSTANCIA SIMPLE
• Es aquella cuyo estado sedefine por dos propiedadestermodinámicas intensivas quevarían independientemente.
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ECUACIÓN DE ESTADO
• Es la relación que existe entrelas variables P, V, y T.
• La ecuación de estado mássencilla es la de un gas idealPV=nRT, donde n representa elnúmero de moles y R laconstante de los gases.
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EJERCICIO
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Cantidad Física
Intensiva o extensiva
Vectorial o escalar
Unidad en el SI
Fuerza
volumen
Energía potencial
Densidad
Presión
Peso
masa
Ejercicio. Complete la siguiente tabla:
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Cantidad Física
Intensiva o extensiva
Vectorial o escalar
Unidad en el SI
Fuerza E V Newton
volumen E E m3
Energía potencial
E E Joule
Densidad I E Kg/ m3
Presión I E Pascal
Peso E V Newton
masa E Escalar kg