Term Odin a Mica

PROFESOR:

ING. MANUEL GODOY MARTINEZ

Ing. Manuel Godoy Martínez

27/08/2015 27/08/2015 Ing. Manuel Godoy Martínez

LA TERMODINAMICA, ciencia cuyo nombre proviene de dos voces griegas: Termo, que significa "calor“ y dinámys, que significa "fuerza“ es una rama de la Físico Química que estudia los efectos de los cambios de la Temperatura, Presión y Volumen de los Sistemas Físicos a un nivel macroscópico. Aproximadamente, Calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la Termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento.

Históricamente se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras Maquinas de Vapor. El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas son las leyes de la termodinámica, que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas físicos en forma de Calor o Trabajo. También se postula la existencia de una magnitud llamada Entropía, que puede ser definida para cualquier sistema. En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas, lo que lleva a definir conceptos como Sistema Termodinámico y su entorno. Un sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las Ecuaciones de Estado. Éstas se pueden combinar para expresar la Energía Interna y los Potenciales Termodinámicos, útiles para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas y los procesos espontáneos.

INTRODUCCION

Ing. Manuel Godoy Martínez 27/08/2015

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_interna


ESTRUCTURA DE LA TERMODINAMICA


Aplicación de la Termodinámica en Ingeniería

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La Termodinámica se desarrolló para proporcionar un mejor conocimiento de los dispositivos conocidos como maquinas térmicas, que absorven calor desde una fuente de alta Temperatura y producen un Trabajo útil. No es sorprendente entonces, encontrar la siguiente definición en muchos de los primeros libros de Termodinámica: “ La Termodinámica es la ciencia que trata de las relaciones entre Calor y Trabajo”. Por supuesto se ha avanzado mucho. La Termodinámica es en la actualidad sumamente general en cuanto a sus aplicaciones. No sólo es importante en Ingeniería, también los es en Física, Química y Ciencias Biológicas. En consecuencia, se han publicado muchas definiciones de Termodinámica. Será interesante revisar algunas de ellas.

a) Según Hatsopoulos y Keenan: “La Termodinámica es la ciencia de los Estados y los Cambios de Estados de los Sistemas físicos y de la interacción entre sistemas que puede acompañar a los cambios de estados”.

b) Según Callen: “La Termodinámica es el estudio del efecto macroscópico de miles y miles de coordenadas atómicas que, como resultado del promedio estadístico, no aparecen explicitamente en la descripción macroscópica del sistema”.

DEFINICION DE LA TERMODINAMICA

27/08/2015 Ing. Manuel Godoy Martínez

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c) Según Epstein: “La Termodinámica trata de los sistemas cuya descripción se hace utilizando algún parámetro térmico específico, por ejemplo, la Temperatura o alguna cantidad equivalente, además de los parámetros mecánicos y electromecánicos usuales. La Termodinámica es esencialmente la ciencia que estudia las condiciones de equilibrio de los sistemas y los procesos que ocurren en estados ligeramente diferentes al estado de equilibrio”.

d) Según Kestin: “La ciencia de la Termodinámica es una rama de la física. Describe los procesos naturales en donde los cambios de temperatura desempeñan un papel importante. Dichos procesos implican la transformación de energía de una forma en otra. Por tanto, la Termodinámica trata de las leyes que gobiernan esa transformación de Energía”.

e) Según Van Wylen Sonntag: “Una muy buena definición de lo que es la Termodinámica consiste en que es la Ciencia de la Energía y la Entopía”.

Se puede observar que cada definición anterior contiene términos muy parecidos. En realidad, se deben definir a su vez cada uno de estos términos si se quiere entender completamente el significado de cada definición. De hecho, se pueden emplear distintos significados para desarrollar la estructura de de la Termodinámica, dependiendo de la manera en como se definen algunas de las



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palabras claves contenidas en esas definiciones. Sin embargo, se puede apreciar que estas definiciones son específicas y no definen completamente los aspectos de la Termodinámica como ciencia, por lo que debemos obtener una definición de carácter general, esta definición es la del autor:



Manrique Valadez José Angel:

“La Termodinámica es la ciencia que trata de la transformación de la energía y de las propiedades de las sustancias involucradas”


Inicio Calor y Temperatura Calor Temperatura

Inicio

Calor y Temperatura

Calor

Temperatura

Inicio

Calor y Temperatura

Calor

Temperatura


http://usuarios.lycos.es/yxtzbldz85/newpage.html

http://usuarios.lycos.es/yxtzbldz85/newpage0.html









ENERGÍA SOLAR TERMODINÁMICA.

Se trata de una forma de generar energía térmica,

para uso en calefacción, agua sanitaria y

refrigeración, más eficiente que la energía solar

térmica convencional. El principio de

funcionamiento se base en el Ciclo de Carnot,

según el cual, aplicando trabajo, se consigue captar

calor de un foco frío y llevarlo a un foco caliente.

Estos paneles pueden funcionar de día y de noche

tanto en invierno como en verano; además la

orientación de los paneles no es tan importante

como en el caso de la energía solar térmica.

Respecto a otras fuentes de generación de energía

(gas natural, gas-oil, electricidad), se consigue

ahorrar hasta un 80 % de energía en agua caliente

sanitaria, y hasta un 65 % en calefacción.

Aprovechamiento de la Energía Solar

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Como muchas disciplinas, la Termodinámica surge de los

procedimientos empíricos que llevaron a la construcción de

elementos que terminaron siendo muy útiles para el desarrollo de

la vida del hombre.

Creemos que la Termodinámica es un caso muy especial debido a

que sus inicios se pierden en la noche de los tiempos mientras que

en la actualidad los estudios sobre el perfeccionamiento de las

máquinas térmicas siguen siendo de especial importancia, mas aun

si tomamos en cuenta la importancia que revisten temas de tanta

actualidad como la contaminación. El origen fué sin lugar a dudas

la curiosidad que despertara el movimiento producido por la

energía del vapor de agua.

Orígenes de la Termodinámica



La Termodinámica interviene prácticamente en todos los

campos de la Ingeniería. Su fuente primitiva de recursos se

amplía en la medida en que se incorporan nuevas áreas

como las referentes a los motores de combustión interna y

últimamente los cohetes. La construcción de grandes

calderas para producir enormes cantidades de trabajo marca

también la actualidad de la importancia del binomio

máquinas térmicas-termodinámica.

En resumen: en el comienzo se partió del uso de las

propiedades del vapor para succionar agua de las minas, con

rendimientos insignificantes, hoy se trata de lograr las

máximas potencias con un mínimo de contaminación y un

máximo de economía.

El Campo de la Termodinámica



Su desarrollo fue tomando como objetivo principal el

perfeccionamiento de las tecnologías aplicadas con el fin de

hacer mas fácil la vida del hombre, reemplazando el Trabajo

manual por la máquina que facilitaba su realización y lograba

mayor rapidez, estos avances que gravitaban directamente en la

economía, por ello el inicio se encuentra en el bombeo de aguas

del interior de las minas y el transporte.

Mas tarde se intensificaron los esfuerzos por lograr el máximo

de rendimiento lo que llevó a la necesidad de lograr un

conocimiento profundo y acabado de las leyes y principios que

regian las operaciones realizadas con el vapor.


http://www.monografias.com/trabajos/fintrabajo/fintrabajo.shtml


Definición de sistema, alrededores o entorno y universo

Un Sistema puede ser cualquier objeto, cualquier cantidad de materia, cualquier

región del espacio, etc., seleccionado para estudiarlo y aislarlo (mentalmente) de

todo lo demás, lo cual se convierte entonces en el Entorno o alrededores del

sistema. (Abbott y Vanness)

El Sistema y su Entorno o alrededores forman el Universo.

La envoltura real o imaginaria que encierra un sistema y lo separa de sus

inmediaciones (entorno) se llama frontera o límites del sistema y puede

pensarse que tiene propiedades especiales que sirven para:

a) aislar el sistema de su entorno

b) permitir la interacción de un modo específico entre el sistema y su ambiente

Llamamos Sistema, o medio interior, la porción del espacio limitado por una superficie

real o ficticia, donde se sitúa la materia estudiada. El resto del universo es el

medio exterior. La distinción entre sistema y entorno es arbitraria: el sistema es lo

que el observador ha escogido para estudiar. (Thellier y Ripoll).


Conceptos y Definiciones Fundamentales


SISTEMA, ENTORNO Y UNIVERSO


SISTEMA, ENTORNO Y UNIVERSO


El Entorno es la zona del Universo que interactúa con el Sistema.

SISTEMA + ENTORNO (O MEDIO AMBIENTE) = UNIVERSO


Clases de Sistemas

Si la frontera permite la interacción entre el sistema y su entorno, tal

interacción se realiza a través de los canales existentes en la frontera. Los

canales pueden ser inespecíficos para interacciones fundamentales tales

como el calor o la interacción mecánica o eléctrica, o muy específicos para

interacciones de transporte.}

Clases de Sistemas: Sistemas cerrados y abiertos

Sistema cerrado es el sistema que sólo puede intercambiar energía con su

entorno, pero no materia.

Sistema abierto es el sistema que puede intercambiar materia y energía con

su entorno.

Existe un caso especial de Sistema Cerrado: El Sistema rígido o aislado

que es aquel sistema que no puede intercambiar materia ni energía con su

entorno.



Clases de Sistema


27/08/2015 27/08/2015 Ing. Manuel Godoy Martínez Ing. Manuel Godoy Martínez

Interacciones entre el Sistema y sus Alrededores

Frontera del Sistema

Transf. de Materia

Transf. de Calor

Transf. de Trabajo

Interacciones posibles

Sistema

Termodinámico

Alrededores o

Entorno

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Son características que se pueden observar directa o indirectamente, en las

sustancias o en los sistemas, y no depende de la historia. Propiedades

observables directamente que se puedan establecer para un sistema dependen

del tipo de observación que se halla establecido para el análisis del sistema.

Por ejemplo si el enfoque usado es el macroscópico se pueden establecer

propiedades como temperatura (T), presión (P), el peso, el volumen específico

(v), y otras, que de ningún modo serían establecidas utilizando el enfoque

microscópico. Propiedades observables en forma indirecta son, por ejemplo:

el producto de la Presión por la Temperatura, el producto de la Presión por el

volumen específico, etc. Las propiedades se clasifican como Extensivas e

Intensivas dependiendo de su comportamiento al variar la extensión o la masa

del sistema. Las Propiedades Extensivas, dependen de la masa total del

sistema, se cuantifican para toda la cantidad de materia en el sistema, es decir

para su extensión, como el volumen total que ocupa (V), como la energía que

contiene (E), inclusive la misma materia (mol) o su masa (m). Estas

propiedades que cambian de valor al cambiar la extensión del sistema son

denominadas, son aditivas, y permiten establecer relaciones matemáticas

simples.

LAS PROPIEDADES TERMODINAMICAS

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Propiedades Intensivas, son las propiedades que no dependen de la cantidad total de

masa en el sistema ni cambian con el cambio en su extensión, pero si indican su

repetibilidad en cada unidad de extensión del sistema; en la mayoría de las ocasiones,

indican la intensidad con que se presenta una propiedad extensiva. Entre ellas se tienen

la presión(P), la temperatura(T) , el volumen específico(v). Debido a que estas

propiedades intensivas son invariantes con la extensión del sistema, permiten

establecer relaciones directas con el estado de las sustancias.

Si el valor de una propiedad extensiva se divide entre la masa del sistema, la propiedad

resultante se conoce como Propiedad Específica ejemplo el volumen especifico

(resulta de dividir el volumen entre la masa). Las propiedades específicas están

relacionadas por la unidad de masa y por ello su comportamiento es como el de una

Propiedad Intensiva.

LAS PROPIEDADES TERMODINAMICAS

27/08/2015


ESTADO, EQUILIBRIO, PROCESO, CICLO

TERMODINAMICOS

a) El Estado Termodinámico, de un Sistema queda determinado por el

conjunto de valores que tienen sus Propiedades Termodinámicas en ese

instante. Por otra parte un sistema se encuentra en estados idénticos, si los

valores de sus propiedades son los mismos en dos estados de tiempo

diferentes.

b) Equilibrio Termodinámico, se dice que un Sistema se encuentra en un

estado de equilibrio termodinámico si es incapaz de experimentar

expontáneamente algún cambio de estado, con las condiciones que le

imponen los alrededores. Es decir si al ser aislado no experimenta ningún

cambio de estado, esto implica que la Temperatura debe ser la misma en todo

el sistema. De manera análoga, el equilibrio termodinámico presupone que

los esfuerzos (equilibrio mecánico), potenciales eléctricos (equilibrio

eléctrico) y potenciales químicos (equilibrio químico) sean iguales en todo el

sistema. Una condición necesaria pero no suficiente para que un sistema este

en equilibrio termodinámico, es que éste sea homogéneo, o que esté

constituido por varias partes homogéneas que estén en contacto.

c) Proceso Termodinámico, Un proceso ocurre cuando el sistema pasa de un

estado Termodinámico a otro. 27/08/2015


d) Ciclo Termodinámico, es un proceso o un conjunto de procesos que hacen

regresar el sistema al estado original que tenia antes de que se realizara . Por

consiguiente en un ciclo termodinámico todas las propiedades adquieren los

mismos valores iniciales una vez concluido. En forma analítica, si x es

cualquier propiedad termodinámica, entonces :

f dx = 0 e) Trayectoria termodinámica, es la dirección del proceso o conjunto de

procesos del ciclo. Es el conjunto de estados que atraviesa un sistema al

realizarse un ciclo, esta representado por la flecha que señala la dirección.

ESTADO, EQUILIBRIO, PROCESO, CICLO

TERMODINAMICOS

27/08/2015

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Carnot_cycle_p-V_diagram.svg

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ING. MANUEL GODOY MARTINEZ



DENSIDADES Y PESO ESPECIFICO

1. DENSIDADES

a) DENSIDAD ABSOLUTA

La densidad absoluta de una sustancia sólida, líquida o gaseosa, es la masa por unidad de volumen de la sustancia (Kg/m3, g/cm3, lb/pie3, etc.). La densidad de una sustancia puede utilizarse como factor de conversión a fin de relacionar la masa y el volumen de una cantidad de sustancia.

Por ejemplo, la densidad del tetracloruro de carbono es 1,59 g/cm3, la masa de 20,0 cm3 de CCl4 resulta:

20,0cm3 x 1,59 g/cm3 = 31,8 g

La densidad absoluta de un gas, a condiciones ambientales puede obtenerse a partir de la ecuación de estado de los gases ideales, por la siguiente fórmula:

= P M

R T

Donde: R es la Constante Universal de los gases. b) DENSIDAD RELATIVA

La densidad relativa de una sustancia es el cociente entre la densidad de la sustancia y la densidad de una sustancia de referencia.

D. R. = Sustancia / Referencia



vedadgradensidadvolumen

vedadgramasa

volumen

peso

La referencia más común utilizada para sólidos y líquidos es el agua a 4ºC y 1 atm. con las

siguientes características:

Agua = 1,000 g/cm3 = 1000 Kg/m3

= 62.43 lb/pie3

La densidad relativa de un gas es la relación entre su densidad y la densidad de un gas de

referencia (aire).

D. R. = Sustancia Gaseosa / Aire

2. PESO ESPECÍFICO

El peso especifico de una sustancia es la relación que existe entre el peso de una sustancia con

respecto al volumen que ocupa su masa; es decir:

DENSIDADES Y PESO ESPECIFICO

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DIMENSIONES y UNIDADES

Dimensión Una dimensión es una propiedad que puede medirse, tal como una longitud, el tiempo, la masa, o la

temperatura, o calculada al multiplicar o dividir otras dimensiones, tales como Longitud/tiempo = Velocidad , o también, Longitud3 = Volumen.

Unidades Son términos usados para expresar las dimensiones. Las unidades medibles (en contraposición con unidades contables) son valores especificos de

dimensiones que se han definido por convención, costumbre o ley, tales como los gramos para la masa, los segundos para el tiempo, etc.

Las unidades pueden tratarse como valores algebraicos cuando las cantidades se suman, restan,

multiplican o dividen. Los valores numéricos de dos cantidades pueden sumarse o restarse sólo si las unidades coinciden

5 pies – 2pies = 3 pies como si fuera: 5 x – 2 x = 3 x




SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES Y DIMENSIONES En 1960, científicos y tecnólogos de los diversos países del mundo, reunidos en la Conferencia de

Pesas y Medidas, han revisado el Sistema Métrico y complementándolo con otras unidades, han creado el nuevo Sistema Internacional de Unidades, abreviado como SI en todos los idiomas.

Este sistema posee los siguientes componentes: Unidades básicas. Unidades múltiplos. Unidades derivadas. a) UNIDADES BÁSICAS

Son las unidades para las dimensiones de masa, longitud, Cantidad de Sustancia, tiempo, temperatura, corriente eléctrica e intensidad de luz.

El sistema CGS es casi idéntico al sistema SI; la diferencia principal consiste en que utiliza gramos (g)

y centímetros (cm) en lugar de kilogramos y metros como unidades básicas de masa y longitud. En el cuadro 1 se incluyen las principales unidades del sistema CGS y SI.



Unidades básicas del S.I.

Dimensiones Unidad Símbolo

Longitud Metro (SI)

Centímetro (CGS)

m

cm

Masa Kilogramo (SI)

Gramo (CGS)

kg

g

Cantidad de Sustancia Mol- Gramo mol = mol-g

Tiempo Segundo s

Temperatura Kelvin °K, ºC

Corriente eléctrica Amperio A

Intensidad de luz Candela cd

Cuadro 1. Unidades SI y CGS



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DIMENSIONES Y UNIDADES

b)UNIDADES MULTIPLOS

Son cantidades mayores (múltiplos) y menores ó fracciones (submúltiplos) de las unidades básicas, tales como minutos, horas (múltiplos) y milisegundos (submúltiplos), todas de las cuales se definen en términos de la unidad básica: Segundo.

Las unidades múltiplos se definen por conveniencia más que por necesidad.



Cuadro 2.

Prefijos de las Unidades de Base y Derivadas del SI



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c) UNIDADES DERIVADAS Obtenidas de una de las dos formas siguientes: i) Multiplicando o dividiendo unidades básicas o múltiplos. Se conocen

como unidades compuestas. Ejemplo: cm2, pies/min, etc. ii) Como equivalente obtenido de unidades compuestas. Ejemplo: 1 ergio = 1 g.cm2/s2




Unidades derivadas

Dimensión Unidad Símbolo Equivalente en función de unidades

básicas

Volumen Litro l 0.001 m3

1000 cm3

Fuerza Newton (SI)

Dina (CGS)

N 1 kg.m/s2

1 g.cm/s2

Presión Pascal Pa 1 N/m2

Energía, trabajo Joule (SI)

Ergio (CGS)

Caloria-gramo

J

erg

Cal

1 N.m = 1 kg.m2/s2

1 dina.cm = 1 g.cm2/s2

4.184 J = 4.184 kg. m2/s2

Potencia Watt W 1 J/s

Cuadro 3.

Algunos ejemplos de Unidades Derivadas del SI y CGS


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Nota: En cualquier Sistema Dimensional, las unidades de Longitud, Masa, Tiempo y

Fuerza se relacionan con la Segunda Ley de Newton del Movimiento, que establece que la Fuerza Total que actúa sobre un cuerpo es `proporcional al producto de la Masa y la Aceleración en la dirección de la Fuerza, por ello se tiene la siguiente expresión:

F oc m. a (1)

Introduciendo la constante de proporcionalidad de 1/gc la expresión 1 se convierte en:

F = 1/gc m. a (2)

En el Sistema SI de unidades, la Fuerza es una Dimensión Derivada o Secundaria y se da en Newton (N). El Newton se define como la Fuerza necesaria para acelerar la masa de 1 Kg a una razón de 1 metro por segundo por segundo (s2). Por ello: 1N = 1 Kg . m/ s2 y

gc = 1 (Kg) (m)

(N) (s2)



Es importante señalar que, como resultado de la definición de Fuerza, el valor de la constante gc en el SI de Unidades es la Unidad (1). En el Sistema Norteamericano (Ingles) de Unidades (SNAI) de Ingeniería, tanto la Longitud, la Masa, el Tiempo, así como la Fuerza son Dimensiones Básicas o Primarias. A la Fuerza y a la Masa se les asignan las unidades de libra-fuerza (lbf) y de libra-masa (lbm), respectivamente. El patrón de la Fuerza gravitacional de la Tierra se define como la Fuerza de 1lbf que acelera la Masa de 1lbm a la velocidad de 32.174 pies/s2 . Así : 1 lbf = 1(lbm) (32.174 pies/s2) gc y

gc = 32.174 (lbm) (pies) (lbf) (s2) Esto significa que el cuerpo que pese 1 lbf en la superficie de la Tierra tendrá la masa aproximada de 1 lbm. Es importante señalar que en el Sistema SNAI la constante gc no solo tiene el valor numérico de 32.174, sino que también tiene Unidades.

27/08/2015 27/08/2015 Ing. Manuel Godoy Martínez Ing. Manuel Godoy Martínez 27/08/2015


LEY CERO Y TEMPERATURA

·.

LA LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA: El Equilibrio Termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el

cual las variables empíricas usadas para definir un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x e y) no son dependientes del tiempo. La Ley Cero de la Termodinámica establece que si un sistema A está en equilibrio Térmico con un sistema B, y este sistema B está en equilibrio térmico con otro sistema C, entonces los sistemas A y C están en equilibrio térmico.

Permite construir instrumentos para poder medir la Temperatura de un Sistema

CONCEPTOS DE CALOR Y TEMPERATURA La definición de Calor se puede hacer a través de la teoría cinética: Las moléculas de un cuerpo poseen un movimiento de agitación desordenado, cuando se

comunica calor a un cuerpo lo que se está haciendo es comunicarle energía a sus moléculas en formas desordenadas . La suma de las energías internas de las moléculas en forma desordenadas constituyen la denominada energía interna( U ) que poseen los cuerpos.

La Temperatura es el nivel de agitación molecular y está ligada a la energía media que poseen las moléculas en sus movimientos desordenados, define el valor medio de la agitación de todas las partículas.



LEY CERO Y LA TEMPERATURA

TEMPERATURA Es la medida de la energía térmica de un cuerpo como consecuencia del movimiento de sus

moléculas. INSTRUMENTOS DE MEDICION Termómetro. Mide el volumen de una cantidad fija de mercurio, entre 0 y 300ºC. Se utiliza a nivel

laboratorio. Termistor. Se mide mediante la resistencia eléctrica de un conductor en función de la temperatura

para un intervalo entre 200 y 1000ºC. Termopar. Se mide mediante el voltaje existente entre la unión de 2 metales diferentes, permite

lecturas entre 1000 a 2000ºC. Pirómetro. Mide el espectro de radiación emitido a altas temperaturas, en el intervalo de 1000 a

3000ºC.




2.2 UNIDADES DE MEDICIÓN Absolutas. El cero de sus escalas indica el cero absoluto, es decir, aquel

punto en el cual las moléculas de la sustancia no se mueven ni vibran. Sistema Internacional : Grados Kelvin (ºK). Sistema Inglés : Grados Rankine (ºR). Relativas. Se llaman así porque los ceros de sus escalas son arbitrarios

(referidas a la cualidad de alguna sustancia), Por ejemplo: El punto el punto de ebullición del agua (100ºC) y al punto de congelación del agua (0ºC), a la presión fija de 1 atmósfera. Se tienen los grados Celsius y Fahrenheit.




Entre las unidades de medición se tienen las siguientes

escalas; Absolutas: Kelvin y Rankine, Relativas: Celsius y Fahrenheit.

ºC ºK ºR ºF

100 373 672 212 Punto de ebullición del agua

0 273 492 32 Punto de congelación del agua

- 273 0 0 -460 Cero Absoluto




Forma de la ecuación: Y = ax + b T (ªF) = aT(ªC) + b Para: T(ªF) = 32 y T(ªC) = 0 , T(ªF) = 212 y T(ªC) = 100 E Entonces : a = 1,8 y b = 32 Por consiguiente: T(ªF) = 1,8 T(ªC) + 32 T(ªC) = (T(ªF) - 32) / 1,8

De igual manera: T(ªK) = T(ªC) + 273 y T(ªR) = T(ªF) + 460



PRESION

PRESIÓN

Se define como la fuerza por unidad de área, la unidad de presión en el Sistema Internacional es el N/m2, es decir un Pascal.

Es un hecho conocido que la atmósfera ejerce una presión sobre la superficie terrestre. Usualmente esta presión se ve afectada por la altura. La presión atmosférica estándar a nivel del mar es de 1013,25 mBar (1 atm, 760 mm Hg, 29.92 pulg de Hg, 14.7 lbf/pulg2, 33.9 pies de H2O). Por tanto al ascender en altura, disminuye la presión. Comúnmente se mide con un barómetro, esta recibe también el nombre de presión barométrica.



TIPOS DE PRESION

TIPOS DE PRESIÓN Absoluta.- Es la medida de la presión con respecto a la presión nula.

En términos de una columna de líquido se expresa por: P = gh , donde: es la densidad, g la gravedad y h la altura del líquido.

Relativa.- Es la medida de la presión con respecto a la presión atmosférica, donde la presión absoluta es mayor que la presión atmosférica. El instrumento de medición se denomina manómetro.

Presión relativa = presión absoluta - presión atmosférica

Vacío.- Es la diferencia entre la presión atmosférica menos la presión absoluta. Se mide con un vacuómetro. La presión absoluta es menor que la atmosférica.

Presión de vacío = presión atmosférica - presión absoluta



PRESIÓN ABSOLUTA

Es aquella medición de la presión que toma como referencia el denominado cero absoluto, esto es útil para evitar las diversas variaciones que pueden ocurrir en la medición debido a la altura con respecto al nivel del mar; en otras palabras, esta presión considera la presión atmosférica más la presión manométrica.

Presion Absoluta = Presión Atmosférica + Presión Manométrica



PRESIÓN ATMÓSFERICA

Se denomina así a la presión que ejerce la atmósfera al nivel del mar a todo lo que se encuentre dentro de ella; esto equivale a 1 atmósfera o 760 mmHg o 1013,25 mbares. También es conocida como Presión

Barométrica y su instrumento de medida es el barómetro.

BARÓMETRO MODELO PCE-DB 2



PRESIÓN MANOMÉTRICA

Este tipo de presión está referido a todas aquellas mediciones por encima de la presión atmosférica; el instrumento de medida es el manómetro.

COMPROBANDO LA PRESION DE UN SISTEMA MANÓMETRO DE 0-60 PSI



PRESIÓN DE VACÍO Son aquellas presiones menores a la atmosférica, los

instrumentos utilizados para trabajar en estos casos son los sensores de vacío llamados Vacuómetros

Presión de Vacío = Presión Atmosférica - Presión Absoluta

VACUÓMETRO



UNIDADES DE MEDIDA

UNIDADES Pascal bar N/mm² kp/m² kp/cm² atm Torr

1 Pa (N/m²)= 1 10-5 10-6 0.102 0,102×10-4 0,987×10-5 0,0075

1 bar (daN/cm²) = 100000 1 0,1 10200 1,02 0,987 750

1 N/mm² = 106 10 1 1,02×105 10,2 9,87 7500

1 kp/m² = 9,81 9,81×10-5 9,81×10-6 1 10-4 0,968×10-4 0,0736

1 kp/cm² = 98100 0,981 0,0981 10000 1 0,968 736

1 atm (760 Torr) = 101325 1,013 0,1013 10330 1,033 1 760

1 Torr (mmHg) = 133 0,00133 1,33×10-4 13,6 0,00132 0,00132 1



La Energía y la Primera Ley

de la Termodinámica



CONTENIDO

1.- Energía, Trabajo, Calor.

2.- El Primer Principio de la Termodinámica.

Energía Interna (U)

3.- Entalpía (H)

4.- Capacidad Calorífica

5.- Cálculo de U y de H en procesos sencillos de

sistemas cerrados



La Energía

2.1 LA ENERGÍA Es una propiedad primitiva, se postula que es algo que posee toda la materia.

Se define también como la capacidad de efectuar un Trabajo. Al mirar a nuestro alrededor se observa que las plantas crecen, los animales se trasladan y que las máquinas y herramientas realizan las más variadas tareas. Todas estas actividades tienen en común que precisan del concurso de la energía.

La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza, en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo.

La energía está presente también en los cambios químicos, como al quemar un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica. La energía tiene tres componentes: Energía Interna (U): del sistema representa los modos de energía a nivel microscópico, o la suma de las energías de todas sus partículas; Energía Potencial (EP): depende de su posición con respecto a un plano de referencia y Energía Cinética (EC): que posee un sistema debido a sus movimientos internos y externos.


27/08/2015 27/08/2015 Ing. Manuel Godoy Martínez 27/08/2015 Ing. Manuel Godoy Martínez

La Energía



Se tiene un Sistema y su Entorno donde cada

uno tendrá una cierta cantidad de energía (que

no podemos conocer). A nosotros nos interesan

sólo los cambios de energía que se produzcan

en el sistema (no en el entorno o medio

ambiente aun cuando este juega un papel

fundamental para ello).

Obviamente Es (Energía del Sistema) puede ser

mayor, menor o igual que Ema (Energía del

Medio Ambiente) dependiendo ello de cada

situación en particular, pero en determinado

momento se producirá un “intercambio de

energía, ∆EI” el cual se realizará por medio de

calor y trabajo o por uno de ellos.

Luego de acuerdo al proceso que hemos visto el

sistema puede haber ganado o perdido Energía,

con lo cual el balance final sería:

Es final – Es inicial = ∑EI

o lo que es lo mismo

∆Es = ∑EI

Esta sencilla ecuación nos indica que la variación de Energía del Sistema (nuestro

objetivo al analizar la primera ley) es igual a la suma algebraica de las energías

intercambiadas o en proceso de intercambio, siendo la energía

Primera Ley o Primer Principio de la

Termodinámica


PRIMER PRINCIPIO LA ENERGÍA DEL

UNIVERSO SE

CONSERVA

La energía

potencial se

transforma en

energía cinética

La pérdida de energía

potencial acelera el

deslizamiento del objeto

cae

se acelera

energía química (carbón)

energía interna (agua líquida vapor de agua)

el vapor se expande Trabajo

energía cinética

212

mgh mv cte

Reacción Química Cambio de Fase

Ing. Manuel Godoy Martínez 27/08/2015 27/08/2015



UNIVERSO SE CONSERVA

Es imposible realizar un trabajo sin consumir una energía

. uff, uff

W=F x

Trabajo realizado

por el hombre

Fuerza aplicada

Distancia que

se desplaza

el objeto F

uer

za

distancia X1 X2

2

1

X

XW Fdx

Trabajo=área

[N.m=J]

Energía = Capacidad para realizar un trabajo



TRABAJO


La definición de Trabajo en su sentido termodinámico es de naturaleza mas extensa que la tradicionalmente empleada en mecánica.

“Trabajo es una interacción energética entre un Sistema y sus Alrededores a través de aquellas porciones de los Limites del Sistema en que no hay Transferencia de masa, como consecuencia de una diferencia en una propiedad intensiva diferente de la Temperatura entre el Sistema y sus alrededores” .

Nótese que, según esta definición, solamente puede existir trabajo a través de aquellas porciones de los Limites del Sistema en que no hay Transferencia de masa. Es imposible tratar de determinar el trabajo de un Sistema haciendo referencia solamente a éste; el trabajo es energía en tránsito a través de los límites del Sistema y es una interacción entre éste y sus alrededores. Es decir el Trabajo es de naturaleza Transitoria y no puede almacenarse en el Sistema. Generalmente la diferencia de presión entre un Sistema que no es rígido y sus alrededores origina una fuerza que puede dar origen al trabajo mecánico cuando hay un desplazamiento. Por conveniencia se dice que el Trabajo hecho por el Sistema sobre sus Alrededores es Positivo, mientras el Trabajo hecho por los Alrededores sobre el Sistema es Negativo. La unidad de medida del Trabajo en el S.I. es el Joule (J). Considere a continuación algunos sistemas con el objeto de identificar el trabajo hecho por o sobre un sistema:

27/08/2015

a) TOBERAS

La Tobera, es un dispositivo que sirve para aumentar la

velocidad o energía cinética de un fluido mediante su

expansión, desde una presión dada hasta otra menor,~como se

ilustra en la figura.Comúnmente son del tipo Convergente o

Convergente-Divergente. En las toberas de tipo Convergente-

Divergente el gas se acelera a velocidades supersónicas (esto es, a

velocidades mayores que la velocidad del sonido),

alcanzándose esta última en la garganta o sección de área

transversal mínima; en cambio, en las toberas Convergentes,

la máxima velocidad que puede alcanzar el gas en la descarga es

la velocidad del sonido.

Las toberas tienen aplicaciones muy diversas: se encuentran en

turbinas de vapor, turbinas de gas, inyectores, turbojets, cohetes,

etc. Dado que las paredes de una tobera son rígidas y

constituyen los límites en los que no hay transferencia de masa, el

trabajo en ellas es idénticamente igual a cero. Diagrama Esquematico de las Toberas

27/08/2015

El Difusor, es un dispositivo que sirve para

disminuir la velocidad o energía cinética de un

fluido con el correspondiente incremento en

la presión. De esto se desprende que los

difusores realizan el proceso inverso al que

realizan las toberas. Encuentran aplicación

en compresores centrífugos, turbojets, etc.

Aquí también el trabajo es igual a cero.

b) DIFUSOR

27/08/2015

c) TURBINA

En una turbina se hace pasar un fluido a presión y

mediante una conversión apropiada de energía, se logra

obtener un trabajo con la expansión de éste. El fluido es

acelerado a través de toberas fijas; el momentum

resultante se transfiere a los álabes del rotor,

obteniéndose así el movimiento de la flecha motriz.

Esta flecha puede estar conectada a un generador

eléctrico, un compresor, u otra carga en general. En la

figura, se presenta el esquema de una turbina. Aun

cuando el tema de las turbinas es muy extenso. El

trabajo desarrollado por una turbina sobre sus alrededores

es positivo. Diagrama Esquematico de una Turbina

27/08/2015

Un Compresor centrífugo puede

considerarse como el inverso de una

turbina . En este caso, los álabes del

rotor, impulsados por un dispositivo

externo, aumentan la velocidad del fluido.

Enseguida este fluido se hace pasar a

través de difusores , disminuyendo su

velocidad y aumentando, en

consecuencia, su presión. En este caso,

el trabajo es negativo, puesto que los

alrededores hacen trabajo sobre el sistema.

d) COMPRESOR


TRABAJO


Trabajo en un sistema cerrado. Consideremos, por ejemplo, un gas dentro de un cilindro. Las moléculas del gas chocan

contra las paredes cambiando la dirección de su velocidad, o de su momento lineal. El efecto del gran número de colisiones que tienen lugar en la unidad de tiempo, se puede representar por una fuerza F que actúa sobre toda la superficie de la pared.

Si una de las paredes es un émbolo móvil de área A y éste se desplaza dx, el intercambio de energía del sistema con el exterior puede expresarse como el trabajo realizado por la fuerza F a lo largo del desplazamiento dx.

dW = -Fdx = -PAdx = -PdV Siendo dV el cambio del volumen del gas.

El signo menos indica que si el sistema realiza trabajo (incrementa su volumen) su energía interna disminuye, pero si se realiza trabajo sobre el sistema (disminuye su volumen) su energía interna aumenta.

El trabajo total realizado cuando el sistema pasa del estado A cuyo volumen es VA al estado B cuyo volumen es VB .


1.- TRABAJO. CALOR, ENERGÍA.

TRABAJO (PV)

Pext

Pint

Equilibrio mecánico

x extF P A

Pext = Pint

/A V x

Pext > Pint

Pext

Pint

dx

sistema extw P dV

embolo extw P dV

. J / K.molat.l x . J

. at.l / Kmol

8 3141 101 4

0 082

Unidades

xw F dx

Pext = Pint

Estado

inicial

Estado

final Ing. Manuel Godoy Martínez 27/08/2015


2 2 1( ) 0W P V V

TRABAJO (PV) Expansión-(Compresión)

Pext < Pint

Pext

Pi

nt

dx

Estado Inicial

1

P

V

1 Pext

Pint

Pext = Pint

Estado Final

2

2 P’

1 2 2

'( ' ) ( ')W P V V P V V

2 etapas

• Frente a Pext=P2 constante

2

1

V

extV

W P dV

V’



2 2 1( ) 0W P V V

TRABAJO (PV) Expansión-(Compresión)

Pext < Pint

Pext

Pi

nt

dx

Estado Inicial

1

P

V

1

Pext

Pint

Pext = Pint

Estado Final

2

2

V

1 P

2

• Frente a Pext=P2 constante

2

1

V

extV

W P dV

• Expansión Reversible etapas

2 2

1 1

V V

ext gasV V

W P dV P dV • Gas Ideal

nRTW dV

V

• G I y T=cte dV

W nRT

V

2

1

V

V

W nRT Ln

Irreversible

Reversible




CALOR

Un sistema cede E en forma de Q si se transfiere como resultado de

una diferencia de T entre el sistema y el entorno.

( , ) 2 1( )T PQ mC T T

la T sistema varía hasta igualar la Talrededores

Unidades : Julio

1 cal = 4.184 J



CALOR (Q) Calor es una interacción energética entre un Sistema y sus Alrededores a través de aquellas porciones de los Limites del Sistema en que no hay Transferencia de masa, como consecuencia de una diferencia en la Temperatura entre el Sistema y sus alrededores”.

A semejanza del Trabajo, el Calor es energía en tránsito a través de los límites del Sistema donde no hay transferencia de masa y por ello, no puede almacenarse. El Calor se transfiere de mayor a menor temperatura; esta transferencia de energía se realiza como consecuencia única y exclusivamente de una diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores.

Por convención se dice que el Calor suministrado a un sistema es positivo, mientras que el calor cedido o disipado por un sistema a sus alrededores es negativo. Un proceso es adiabático si su calor es igual a cero. Es decir, todo proceso adiabático implica que el sistema está aislado térmicamente de sus alrededores.

El calor por lo regular se determina en cualquier sistema a través de los cambios de energía que origina dentro del sistema o en sus alrededores. La unidad de calor en el SI es el Joule (J). Comúnmente en símbolo del calor es “Q”.

27/08/2015


PRIMER PRINCIPIO

T=20ºC

Estado Inicial

T=40ºC

Estado Final


Q




UNIVERSO SE

CONSERVA

El calor y el trabajo son formas equivalentes de

variar la energía de un sistema Joule

Trabajo

mecánico

calor Trabajo

eléctrico




Calor y el trabajo se “distinguen” por su efecto sobre las

moléculas del entorno

Q W




SISTEMA

TRABAJO

CALOR

• son formas de variar la E del sistema

• no son funciones de estado

• no es “algo” que posea el sistema

BANCO

efectivo

cheques

Transferencia

electrónica



La Primera ley de la termodinámica,También conocido como principio de la

conservación de la energía, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema,

la Energía interna del sistema variará. La diferencia entre la energía interna del

sistema y la cantidad de energía es denominada Calor. Fue propuesto por Antoine

Lavoisier..La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Eentra − Esale = Δesistema

En otras palabras: La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma.

(conservación de la energía).

La primera ley no es otra cosa que el principio de conservación de la energía

aplicado a un sistema de muchísimas partículas. A cada estado del sistema le

corresponde una energía interna U. Cuando el sistema pasa del estado A al

estado B, su energía interna cambia en

U=UB-UA

PRIMERA LEY TERMODINÁMICA


Un sistema cerrado es uno que no tiene intercambio de masa con el

resto del universo termodinámico. También es conocido como masa de

control.

El sistema cerrado puede tener interacciones de trabajo y calor con sus

alrededores, así como puede realizar trabajo a través de su frontera.

La ecuación general para un sistema cerrado (despreciando energía

cinética y potencial y teniendo en cuenta el criterio de signos

termodinámico) es: ΔE = Q − W y cuando los cambios en Ecin y Ep

son despreciables se tiene la siguiente ecuacion:

ΔU = Q − W

Donde Q es la cantidad total de transferencia de calor hacia o desde el

sistema, W es el trabajo total e incluye trabajo eléctrico, mecánico y de

frontera; y U es la energía interna del sistema.

La Primera Ley para Sistemas Cerrados

http://es.wikipedia.org/wiki/Masa_de_control

http://es.wikipedia.org/wiki/Masa_de_control

http://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo

http://es.wikipedia.org/wiki/Criterio_de_signos_termodin%C3%A1mico

http://es.wikipedia.org/wiki/Criterio_de_signos_termodin%C3%A1mico


Q − W + ∑ minθin − ∑ moutθout = ΔEsistema

in out

Un sistema abierto es aquel que tiene entrada y/o salida de masa, así como

interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, también puede realizar

trabajo de frontera.

La ecuación general para un sistema abierto en un intervalo de tiempo es:

O igualmente:

Donde:

in representa todas las entradas de masa al sistema.

out representa todas las salidas de masa desde el sistema.

θ es la energía por unidad de masa del flujo y comprende la

entalpía, energía potencial y energía cinética

La Primera Ley para Sistemas Abiertos

http://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo

http://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_potencial

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9tica



Criterio de signos

SISTEMA

Q > 0

(+)

W < 0

(-) W > 0 (+)

Q < 0 (-)



La energía es la capacidad para hacer un trabajo


ENERGÍA

Esistema= U+ Eotras

E debida a la posición del sistema en

un campo de fuerzas (gravitacional,

eléctrico, magnético) y a su

movimiento en conjunto: Energía Interna, U

característica del sistema (Et, Er, Ev de

moléculas)

depende del estado de agregación del

sistema

Eotras

La energía es una función de estado

La energía es una propiedad extensiva

Unidades: Julio (J)

( , , )U f T P V

/J molU

Un

Puedo definir una propiedad intensiva Ing. Manuel Godoy Martínez 27/08/2015


No es posible conocer la energía de un sistema,

sólo conocemos su cambio en un proceso U=U2-U1

2.- PRIMER PRINCIPIO. ENERGÍA INTERNA.

ENERGÍA

Energía interna (U)

(Suma de energías a nivel molecular)

• Función de estado

• Magnitud extensiva

¿Cómo podemos aumentar U

de un sistema cerrado?

1) Realizando un trabajo

2) Calentándolo calor

U = Q + W 1er Principio de la

Termodinámica





Termodinámica

P

V

A

B

0final inicial A A

U U U U U

Proceso Cíclico A→A

W Q

Es imposible realizar un trabajo

sin consumir una energía





Termodinámica

P

V

A

B

0final inicial A A

U U U U U

Proceso Cíclico A→A

W Q

Es imposible realizar un trabajo

sin consumir una energía

BABAUU

( , , )U f T P V

V T

U UdU dT dV

T V

U función de estado



Proceso a V = cte V2 = V1 dV=0

v

U = Q + 0 = Q

• Nuevo significado de U = QV

• Nos da una forma de determinar U


2

1

V

extV

W P dV

ENERGÍA INTERNA

V



Proceso a P = cte

v

3.- ENTALPÍA.

1º Principio U=Q+W

2

1

V

extV

U Q W Q P dV 2

1

2 1( )

V

extV

P PQ P dV Q P V V

P=cte

2 2 1 1( ) ( )

PQ U PV U PV

H2 H1

= H QP

U=U2-U1

H U + PV Entalpía

(H)

• Función de estado Hf(T,P,V,U)

• Propiedad extensiva

• Unidades de energía (J)

•

•Nos da una forma de determinar H

[ / ]H

H J moln



3.- ENTALPÍA.

H U + PV

Relación entre H y U

H = U + (PV)

Si P=cte

H = U + PV H @ U

proceso

sól/líq

(PV) = PV+VP+PV = P2V2-P1V1

• Una forma de determinar U = QV

• Una forma de determinar H = QP

Q=I.V.t



4.- CAPACIDAD CALORÍFICA.

( , , ) 2 1( )T P VQ mC T T El Q se definió como la energía trasferida

como consecuencia de una diferencia de T Capacidad Calorífica

2 1

limT T

Q qC

T dT

Capacidad calorífica de una sustancia: cantidad infinitesimal de calor

necesaria para elevar su T en una cantidad dT . [JK-1]

• Depende de la naturaleza de la propia sustancia

• Puesto que Q depende de la trayectoria del cambio de estado,

para definir C hay que definir la trayectoria

•si no hay cambio de fase

•ni reacción química



p

v

v

1 1

n n

1 1

n T n

P

P

V

q HC

dT T

q UC

d T

Capacidad calorífica molar a P cte

Capacidad calorífica molar a V cte


Puesto que QV = U y QP = H

en un sistema cerrado, en equilibrio o proceso reversible y sólo W(P-V) es

posible definir :

U,Hf(T,P,V)

Capacidad calorífica molar de una sustancia: cantidad de calor necesaria

para elevar la T de un mol de dicha sustancia un grado.

Calor específico de una sustancia: cantidad de calor necesaria para elevar la T

de un gramo de dicha sustancia un grado. [Jg-1K-1]

/ .C J K mol

p. Intensivas

f=(T,P,V)



Differential Scanning Calorimetry (DSC)

CP (J/g.K)

t (ºC)

300bar

500bar

1bar 0

5

25

350 650

(J/g.K)

150bar

CP

P (bar)

400ºC

0

5

30

0 1000 500

500ºC 350ºC

600ºC

H2O

CPf(T,P,V)

CP > 0

CV > 0 CP ≠ CV



¿Cuál es la relación entre CP y CV?


P V

P V

H UC C

T T

P P V

U V UP

T T T

H U PV

( , )U f T V

( , )V f T P

V T

U UdU dT dV

T V

P T

V VdV dT dP

T P

P V

T P

U VC C P

V T

P V T P

U U U V

T T V T



¿Cuál es la relación entre CP y CV?


P V

P V

H UC C

T T

P P V

U V UP

T T T

H U PV

P V

T P

U VC C P

V T

Gas Ideal

PV nRT

0T

U

V

P

V nR

T P

CP-CV = nR

Gas Ideal



4.- CÁLCULO DE U y H en procesos sencillos

de sistemas cerrados

( , )U f T V

( , )H f T P

V T

U UdU dT dV

T V

P T

H HdH dT dP

T P

V

T

UC dT dV

V

P

T

HC dT dP

P

De forma general

• En un proceso cíclico

0f i

U U U

0f i

H H H 0T P V





• Cambio de Fase a T y P constante

T

tiempo

100ºC

H2O

1at

P extU q w Q P dV

U H P V • El QP se emplea en V y en U,

que depende del estado de agregación Ing. Manuel Godoy Martínez 27/08/2015




• Proceso Isobárico (Pcte) sin cambio de fase

P T

H HdH dT dP

T P

( )PH C T dT PC T

P=cte Si CP cte

dU q w

extW P dV P=cte U H P V

• Proceso Isocórico (Vcte)

V T

U UdU dT dV

T V

V=cte

( )VU C T dT VC T

Si CV cte ( )H U PV U V P

V=cte

T

tiempo

100ºC

H2O 1at





• Cambio de estado de un Gas Ideal

P T

H HdH dT dP

T P

( )PH C T dT PC T

G I Si CP cte

0

V T

U UdU dT dV

T V

( )VU C T dT VC T

G I Si CV cte

0

• Proceso Isotérmico (T=cte) de un Gas Ideal

0dT U=0

H=0 extW P dV

W P V P cte rev. o irrev.

2 2

1 1

V PW nRT Ln nRT Ln

V P

T cte gas

nRTP dV dV

V

rev. U Q W Q = -W

G I





• Proceso Adiabático (Q=0) de un Gas Ideal dU q w

( )VU C T dT WextP dV

0

• Proceso Adiabático (Q=0) Irreversible (P cte) de un G.I.

extW P V ( )VU C T dT VC T P V

Si CV cte P PH C dT C T

Si CP cte





• Proceso Adiabático (Q=0) de un Gas Ideal dU q w

( )VU C T dT WextP dV

0

• Proceso Adiabático (Q=0) Reversible de un Gas Ideal

VdU C dT w

P PH C dT C T Si CP cte

gas

nRTP dV dV

V

V

dT dVC nR

T V 2 2

1 1

V

T VC Ln nRLn

T V

VU C T W





• Proceso Adiabático (Q=0) Reversible de un Gas Ideal

2 2

1 1

V

T VC Ln nRLn

T V P

V

/

2 1

1 2

VnR C

T V

T V

G I P VC C R

P

V

C

C

1

2 1

1 2

T V

T V

1TV cte

PV cte

PV cte

PV cte

Q = 0

T=cte



El diagrama PVT es la representación en el espacio tridimensional

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:P-V-T-Diagramm_es.svg

27/08/2015 27/08/2015 Ing. Manuel Godoy Martínez 27/08/2015


Trabajo y Calor en Procesos

Termodinámicos

En termodinámica hay dos casos de variables:

Variables de estado: Presión, Temperatura, Energía Interna.

Variables de transferencia: Trabajo, Calor, Ondas Mecánicas.

El Trabajo: Tenemos un gas en un recipiente, un embolo movíl de área

A. El gas ocupa un volumen V y ejerce una presión uniforme P sobre las

paredes del cilindro y del embolo. Tenemos una fuerza interna que

actúa. Tenemos que encontrar trabajo.

27/08/2015


El trabajo total cuando el volumen cambia de Vi a Vf es:

Vf

W = ∫Vi PdV

El trabajo efectuado en la expansión desde el estado

inicial hasta el estado final es el área bajo la curva en un

diagrama PV. Proceso cuasi estático significa que el

proceso es despacio y en todo momento el sistema está

en equilibrio.

27/08/2015


El trabajo realizado depende de la trayectoria particular seguida desde el

estado inicial al estado final.

•El volumen de gas se

reduce de Vi a Vf a

una presión constante

igual a Pi y después

se incrementa la

presión de Pi a Pf,

calentando el gas a

volumen constante

Vf. El trabajo

realizado es el área

bajo la curva en un

diagrama PV

27/08/2015


•Segundo caso: La

presión del gas

aumenta de Pi a Pf a

volumen constante y

a continuación el

volumen del gas se

reduce de Vi a Vf a

presión constante Pf.

•El trabajo realizado

es mayor de en caso

1.

27/08/2015


•Caso tres: Tanto P

como V cambian

de manera

continua, el trabajo

tiene valor

intermedio.

27/08/2015


La Energía transferida en forma de Calor así como el Trabajo realizado

dependen del proceso seguido entre los estados inicial y final del sistema.

27/08/2015


•La Primera Ley de la Termodinámica es una

generalización de la ley de conservación de la energía que

incluye los posibles cambios en la energía interna.

•La energía se puede intercambiar entre un sistema y sus

alrededores de dos formas. Una es realizando trabajo por o

sobre el sistema, considerando de las variables

macroscópicas tales como presión, volumen y temperatura.

•La otra forma es por transferencia de calor, la que se realiza

a escala microscópica.

27/08/2015


Podemos decir que el sistema tiene una energía térmica, a

esta energía se le llama energía interna U.

Si se efectúa un trabajo sobre un sistema sin intercambiar

calor (adiabático), el cambio en la energía interna es igual

al negativo trabajo realizado:

dU = -dW infinitesimal

UB-UA = -WA →B finito

La energía interna se relaciona con la energía de las

moléculas de un sistema térmico, y es solo función de las

variables termodinámicas.

27/08/2015


Aplicaciones de la primera ley

Expansión libre adiabática

ΔU= −W

Como Q= 0 y W= 0, ΔU= 0

Un trabajo es adiabático si

no entra o sale energía

térmica del sistemas, es

decir, si Q= 0. En tal caso:

27/08/2015


Un proceso a presión constante se denomina isobárico, el

trabajo realizado es: P (Vf–Vi).

Un proceso a volumen constante se llama isométrico, en tal

proceso el trabajo es cero y entonces: ΔU= Q

Un proceso a temperatura constante se llama isotérmico. Si

consideramos un gas ideal el trabajo es: Q = W.

27/08/2015


Una curva isotermica es una

línea que sobre un diagrama

representa los valores sucesivos

de las diversas variables de un

sistema en un proceso

isotermico. Las isotermas de un

gas ideal en un diagrama P-V,

llamado Diagrama de Clapeyron,

son hipérbolas equiláteras, cuya

ecuación es P•V = constante.

Proceso isotérmico

Term Odin a Mica

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