TERMODINAMICA EXPONER

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    FIC

    UNPTERMODINMICA: PRIMERPRINCIPIO DE LATERMODINMICA

    ALUMNOS: CABREJOS DIAZ, GIOVANNA. CAMPOS TOCTO, MARIANELLA.

    CORDOVA GONZA, PIERINA. CRIOLLO LLOCLLA, MELBER. EFFIO HERRERA, JONATHAN. GONZAGA LABAN, SMITH. NONAJULCA PAUCAR, OLFER. VITE CARDOZA, JOEL.

    DOCENTE:

    Lic. SHIRLEY CONDEZA JIMENEZ.

    AO DE LA DIVERSIFICACINPRODUCTIVA Y

    PIURA, 23 de JULIO de

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    DEDICATORIA

    El presente traa!" est# $e$%&a$" a n'estra

    $"&ente $el presente &'rs" p"r s' es('er)" *

    $e$%&a&%+n ,a&%a n"s"tr"s p"r l"-rar a.pl%ar

    n'estr"s &"n"&%.%ent"s en la &arrera $e%n-en%er/a &%0%l1

    De la .%s.a .anera est# $e$%&a$" a n'estr"s

    pa$res * $e.#s pers"nas 2'e ,a&en p"s%le $/a

    a $/a s%-a."s $esarr"ll#n$"n"s en 's&a $e

    ser 'en"s pr"(es%"nales1

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    PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODIN3MICA

    PRINCIPIO DE CONSERVACION DE LA MASA

    Principio que establece que la masa de las sustancias reaccionantes es igual ala masa de los productos de la reaccin. Es una ley experimental que fueanunciada por Lavoiser en 1789 y que sirvi para abandonar la teora delflogisto. La ley de conservacin de la masa no se cumple en las reaccionesnucleares! ya que en ellas "ay variacin de masa que se transforma enenerga. Para ser exactos deberamos "ablar del principio de conservacin dela masa#energa.

    TRABAJO TERMODINMICO

    El traba$o es la cantidad de energa transferida de un sistema a otro mediante unafuer%a cuando se produce un despla%amiento. &amos a particulari%ar la expresingeneral del traba$opara un sistema termodin'mico concreto( un gas encerrado enun recipiente por un pistn! que puede moverse sin ro%amiento.

    Por efecto de la presin)p* e$ercida por el gas! el pistn sufre una fuer%a + que lodespla%a desde una posicin inicial ),* a una posicin final )-*! mientras recorreuna distancia dx.

    , partir de la definicin de presin! se puede expresar + y el vectordespla%amiento dl en funcin de un vector unitario u! perpendicular a lasuperficie de la siguiente forma(

    http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/dinam1p/trabajo.htmlhttp://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/variables.htmlhttp://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/variables.htmlhttp://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/dinam1p/trabajo.html
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    alculamos el traba$o reali%ado por el gas desde el estado , al estado - en esteproceso(

    El producto /dx es la variacin de volumen )d&* que "a experimentado el gas! luego

    finalmente se puede expresar(

    En el /istema 0nternacional el traba$o se mide en ulios )*.

    Este traba$o est' considerado desde el punto de vista del sistema termodin'mico! por

    tanto(

    El traba$o es positivo cuando lo reali%a el gas )expansin*y negativo cuando el exterior lo reali%a contra el gas )compresin*.

    El traba$o en un diagrama p#&

    Para calcular el traba$o reali%ado por un gas a partir de la integral anterior es necesario

    conocer la funcin que relaciona la presin con el volumen! es decir!p)&*! y esta funcindepende del proceso seguido por el gas.

    /i representamos en un diagrama p#&los estados inicial ),* y final )-*! el traba$o es el'rea encerrada ba$o la curva que representa la transformacin experimentada por elgas para ir desde 2el estado inicial al final. omo se observa en la figura! el traba$odepende de cmo es dic"a transformacin.

    http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/transformaciones.html#diagramapvhttp://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/transformaciones.html#diagramapv
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    Es decir! se puede concluir que(

    El traba$o intercambiado por un gas depende de la transformacin quereali%a para ir desde el estado inicial al estado final.

    uando un gas experimenta m's de una transformacin! el traba$o total es la

    suma del traba$o )con su signo* reali%ado por el gas en cada una de ellas.

    3n tipo de transformacin particularmente interesante es la que se denominaciclo! en la que el gas! despu4s de sufrir distintas transformaciones! vuelve a suestado inicial )ver figura inferior*. El inter4s de este tipo de transformacionesradica en que todas las m'quinas t4rmicas y refrigeradores funcionancclicamente.

    uando un ciclo se recorre en sentido "orario )ver parte i%quierda de la figura*!el traba$o total reali%ado por el gas en el ciclo es positivo! ya que el traba$o ,-

    )positivo* es mayor en valor absoluto que el -, )negativo*! por lo que la suma deambos ser' positiva.

    Por el contrario! si el ciclo se recorre en sentido anti"orario el traba$o total esnegativo.

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    Los ciclos que representan el funcionamiento de m'quinas t4rmicas se recorrensiempre en sentido "orario )una m'quina da traba$o positivo*! mientras que losciclos que representan el funcionamiento de los refrigeradores son recorridos ensentido anti"orario )para que un refrigerador funcione! debemos suministrarletraba$o desde el exterior*.

    CALOR

    El calor se define como la transferencia de energa t4rmicaque se da entrediferentes cuerposo diferentes %onas de un mismo cuerpo que se encuentran adistintas temperaturas!sin embargo en termodin'mica generalmente el t4rminocalor significa transferencia de energa. Este flu$o de energa siempre ocurre

    desde el cuerpo de mayor temperatura "acia el cuerpo de menor temperatura!ocurriendo la transferencia "asta que ambos cuerpos se encuentren en equilibriot4rmico)e$emplo( una bebida fra de$ada en una "abitacin se entibia*.

    HISTORIA DEL CONCEPTO

    https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Objeto_f%C3%ADsicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_t%C3%A9rmicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_t%C3%A9rmicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Objeto_f%C3%ADsicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_t%C3%A9rmicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_t%C3%A9rmico
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    5onta$e experimental para la determinacin del equivalente mec'nico del calor.

    6asta el siglo 0 se explicaba el efecto del ambiente en la variacin de

    la temperaturade un cuerpo por medio de un fluido invisible llamadocalrico. Estese produca cuando algo se quemaba y! adem's! que poda pasar de un cuerpo aotro. La teora del calrico afirmaba que una sustancia con mayor temperatura queotra! necesariamente! posea mayor cantidad de calrico.

    -en$amin "ompsony ames Prescott ouleestablecieron que el traba$opodaconvertirse en calor o en un incremento de la energa t4rmica determinando que!simplemente! era otra forma de la energa.

    CALOR ESPEC6FICOEl calor especficoes la energa necesaria para elevar 1 la temperaturade ungramo de materia. El concepto de capacidad calorficaes an'logo al anterior peropara una masade un molde sustancia )en este caso es necesario conocerla estructura qumicade la misma*.

    Las unidades m's "abituales de calor especfico son : );g < =* y cal : )g < *.

    El calor especfico de un material depende de su temperatura> no obstante! enmuc"os procesos termodin'micos su variacin es tan peque?a que puede

    considerarse que el calor especfico es constante. ,simismo! tambi4n se diferenciadel proceso que se lleve a cabo! distingui4ndose especialmente el @calorespecfico a presin constante@ )en un proceso isob'rico* y @calor especfico avolumen constante )en un proceso isocrico*.

    Ae esta forma! y recordando la definicin de calora! se tiene que el calorespecfico del agua es aproximadamente(

    CALOR ESPEC6FICO MOLAR

    El calor especfico de una sustancia est' relacionado su constitucin molecular

    https://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_cal%C3%B3ricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Benjamin_Thompsonhttps://es.wikipedia.org/wiki/James_Prescott_Joulehttps://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)https://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)https://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADficohttps://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADficohttps://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttps://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttps://es.wikipedia.org/wiki/Masahttps://es.wikipedia.org/wiki/Molhttps://es.wikipedia.org/wiki/Estructura_qu%C3%ADmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isob%C3%A1ricohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isoc%C3%B3ricohttps://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_cal%C3%B3ricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Benjamin_Thompsonhttps://es.wikipedia.org/wiki/James_Prescott_Joulehttps://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)https://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADficohttps://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADficohttps://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttps://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttps://es.wikipedia.org/wiki/Masahttps://es.wikipedia.org/wiki/Molhttps://es.wikipedia.org/wiki/Estructura_qu%C3%ADmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isob%C3%A1ricohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isoc%C3%B3rico
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    interna! y a menudo da informacin valiosa de los detalles de su ordenacinmolecular y de las fuer%as intermoleculares. , altas temperaturas la mayora de

    slidos tienen capacidades calorficas molares del orden de )verLey deAulong#Petit! siendo la constante universal de los gases ideales* mientras que lade los gases monoatmicos tiende a y difiere de la de gases diatmicos

    . En este sentido! con frecuencia es muy Btil "ablar de calor especficomolar denotado por cm! y definido como la cantidad de energa necesaria paraelevar la temperatura de un molde una sustancia en 1 grado es decir! est'definida por(

    Aonde indica la cantidad de moles en la sustancia presente. Esta capacidadusualmente es funcin de la temperatura.

    CAPACIDAD CALORFICA

    La capacidad calorficade una sustancia es una magnitud que indica la mayor omenor dificultad que presenta dic"a sustancia para experimentar cambios detemperatura ba$o el suministro de calor. /e denota por ! se acostumbra a mediren :=! y se define como(

    Aado que(

    Ae igual forma se puede definir la capacidad calrica molar como(

    CAMBIO DE FASE

    En la naturale%a existen tres estados usuales de la

    materia( slido! lquidoy gaseoso. ,l aplicarle calor a una sustancia! 4sta puedecambiar de un estado a otro. , estos procesos se les conoce como cambios defase. Los posibles cambios de fase son(

    de estado slido a lquido! llamado fusin!

    de estado lquido a slido! llamado solidificacin!

    de estado lquido a gaseoso! llamado evaporacino vapori%acin!

    de estado gaseoso a lquido! llamado condensacin!

    https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Dulong-Petithttps://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Dulong-Petithttps://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Dulong-Petithttps://es.wikipedia.org/wiki/Constante_universal_de_los_gases_idealeshttps://es.wikipedia.org/wiki/Molhttps://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttps://es.wikipedia.org/wiki/Cambio_de_fasehttps://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttps://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Gaseosohttps://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3n_(cambio_de_estado)https://es.wikipedia.org/wiki/Solidificaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Evaporaci%C3%B3n_(proceso_f%C3%ADsico)https://es.wikipedia.org/wiki/Condensaci%C3%B3n_(f%C3%ADsica)https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Dulong-Petithttps://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Dulong-Petithttps://es.wikipedia.org/wiki/Constante_universal_de_los_gases_idealeshttps://es.wikipedia.org/wiki/Molhttps://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttps://es.wikipedia.org/wiki/Cambio_de_fasehttps://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttps://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Gaseosohttps://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3n_(cambio_de_estado)https://es.wikipedia.org/wiki/Solidificaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Evaporaci%C3%B3n_(proceso_f%C3%ADsico)https://es.wikipedia.org/wiki/Condensaci%C3%B3n_(f%C3%ADsica)
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    de estado slido a gaseoso! llamado sublimacin progresiva!

    de estado gaseoso a slido! llamado sublimacin regresivao deposicin!

    de estado gaseoso a plasma! llamado ioni%acin.

    de estado plasmaa gaseoso! llamado Aesioni%acin

    CALOR LATENTE

    3n cuerpo slido puede estar en equilibrio t4rmico con un lquidoo un gasacualquier temperatura! o que un lquido y un gas pueden estar en equilibrio t4rmicoentre s! en una amplia gama de temperaturas! ya que se tratade sustanciasdiferentes. Pero lo que es menos evidente es que dos faseso estados de agregacin! distintas de una misma sustancia! puedan estar enequilibrio t4rmico entre s en circunstancias apropiadas.

    3n sistema que consiste en formas slida y lquida de determinada sustancia! a unapresin constante dada! puede estar en equilibrio t4rmico! pero Bnicamente a una

    temperatura llamadapunto de fusinsimboli%ado a veces como . , estatemperatura! se necesita cierta cantidad de calor para poder fundircierta cantidaddel material slido! pero sin que "aya un cambio significativo en su temperatura. ,esta cantidad de energase le llama calor de fusin! calor latentede fusin

    o entalpade fusin! y vara segBn las diferentes sustancias. /e denota por .

    El calor de fusin representa la energa necesaria para des"acer la fase slida queest' estrec"amente unida y convertirla en lquido. Para convertir lquido en slidose necesita la misma cantidad de energa! por ello el calor de fusin representa la

    energa necesaria para cambiar del estado slido a lquido! y tambi4n para pasardel estado lquido a slido.

    El calor de fusin se mide en cal : g.

    Ae manera similar! un lquido y un vaporde una misma sustancia pueden estar enequilibrio t4rmico a una temperatura llamada punto de ebullicinsimboli%ado por .El calor necesario para evaporar una sustancia en estado lquido ) o condensar unasustancia en estado de vapor * se llama calor de ebullicin o calor latente deebullicin oentalpa de ebullicin! y se mide en las mismas unidades que el calor

    latente de fusin. /e denota por .

    https://es.wikipedia.org/wiki/Sublimaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Sublimaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Sublimaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Plasma_(estado_de_la_materia)https://es.wikipedia.org/wiki/Ionizaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Ionizaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Plasma_(estado_de_la_materia)https://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latentehttps://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Gashttps://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sustanciahttps://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_fusi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_fusi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3n_(cambio_de_estado)https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latentehttps://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_(estado)https://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_ebullici%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Sublimaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Sublimaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Plasma_(estado_de_la_materia)https://es.wikipedia.org/wiki/Ionizaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Plasma_(estado_de_la_materia)https://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latentehttps://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Gashttps://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sustanciahttps://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_fusi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3n_(cambio_de_estado)https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latentehttps://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_(estado)https://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_ebullici%C3%B3n
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    En la siguiente tabla se muestran algunos valores de los puntos de fusin yebullicin! y entalpas de algunas sustancias(

    sustancias CD

    Ccal:gD

    CD Ccal:gD

    6F G!GG 79!71 1GG!GG HI9!JG

    F #19!GG I!IG #18!9G HG!9G

    6g #I9!GG !8 IH7!GG JH!GG

    u 1G8I!GG K!GG HJJ!9G

    TRANSMISIN DE CALOR

    El calor puede ser transmitido de tres formas distintas( por conduccin! porconveccin o por radiacin.

    onduccin t4rmica( es el proceso que se produce por contacto t4rmico entre dos m's cuerpos! debido al contacto directo entre las partculas individuales de loscuerpos que est'n a diferentes temperaturas! lo que produce que las partculaslleguen al equilibrio t4rmico. E$( cuc"ara met'lica en la ta%a de t4.

    onveccin t4rmica( slo se produce en fluidos )lquidos o gases*! ya que implicamovimiento de volBmenes de fluido de regiones que est'n a una temperatura! aregiones que est'n a otra temperatura. El transporte de calor est'inseparablemente ligado al movimiento del propio medio. E$.( los calefactoresdentro de la casa.

    adiacin t4rmica( es el proceso por el cual se transmite a trav4s de ondaselectromagn4ticas. 0mplica doble transformacin de la energa para llegar al cuerpoal que se va a propagar( primero de energa t4rmica a radiante y luego viceversa.E$.( La energa solar.

    La conduccin pura se presenta slo en materiales slidos. La conveccin siempre

    https://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttps://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttps://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttps://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgenohttps://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgenohttps://es.wikipedia.org/wiki/Mercurio_(elemento)https://es.wikipedia.org/wiki/Cobrehttps://es.wikipedia.org/wiki/Transmisi%C3%B3n_de_calorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Conducci%C3%B3n_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Convecci%C3%B3n_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Ondas_electromagn%C3%A9ticashttps://es.wikipedia.org/wiki/Ondas_electromagn%C3%A9ticashttps://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttps://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgenohttps://es.wikipedia.org/wiki/Mercurio_(elemento)https://es.wikipedia.org/wiki/Cobrehttps://es.wikipedia.org/wiki/Transmisi%C3%B3n_de_calorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Conducci%C3%B3n_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Convecci%C3%B3n_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Ondas_electromagn%C3%A9ticashttps://es.wikipedia.org/wiki/Ondas_electromagn%C3%A9ticas
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    est' acompa?ada de la conduccin! debido al contacto directo entre partculas dedistinta temperatura en un lquido o gas en movimiento. En el caso de la

    conduccin! la temperatura de calentamiento depende del tipo de material! de laseccin del cuerpo y del largo del cuerpo. Esto explica por qu4 algunos cuerpos secalientan m's r'pido que otros a pesar de tener exactamente la misma forma! yque se les entregue la misma cantidad de calor.

    onductividad t4rmica

    La conductividad t4rmicade un cuerpo est' dada por(

    donde(es el calor entregado!es el intervalo de tiempo durante el cual se entreg calor!

    es elcoeficiente de conductividad t4rmicapropio del material en cuestin!es la seccin del cuerpo!es la longitud! y

    es el incremento en la temperatura.

    TRANSFERENCIA DE CALORLa energa calrica o t4rmica puede ser transferida por diferentes mecanismos detransferencia! estos son la radiacin! la conducciny la conveccin! aunque en lamayora de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menorgrado. abe resaltar que los cuerpos no tienen calor! sinoenerga t4rmica. Laenerga existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor! que es elproceso mediante el cual la energa se puede transferir de un sistema a otro comoresultado de la diferencia de temperatura.

    TERMODINMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR

    La termodin'mica se interesa en la cantidad de transferencia de calor a medida queun sistema pasa por un proceso! sin indicar cu'nto tiempo transcurrir'. 3n estudiotermodin'mico sencillamente nos dice cu'nto calor debe transferirse para que serealice un cambio de estado especfico! con el fin de cumplir con el principio deconservacin de la energa. En la experiencia nos enfocamos m's en la velocidadde la transferencia de calor que en la cantidad transferida. La termodin'mica tratade los estados en equilibrio y de los cambios que ocurren entre un estado deequilibrio y otro. Por otra parte! la transferencia de calor se ocupa de los sistemas

    en los que se presenta desequilibrio t4rmico y! por tanto! existe una condicin de no

    https://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_conductividad_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_conductividad_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Conducci%C3%B3n_de_calorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Convecci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_conductividad_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Conducci%C3%B3n_de_calorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Convecci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_t%C3%A9rmica
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    equilibrio. En consecuencia! el estudio de la transferencia de calor no puedebasarse slo en los principios de la termodin'mica> sin embargo! existen leyes de la

    termodin'mica que constituyen la base cientfica de la transferencia de calor. Laprimera ley de la termodin'mica establece que la velocidad de transferencia deenerga "acia un sistema es igual a la velocidad de incremento de la energa dedic"o sistema. /u segunda ley! establece que el calor se transfiere en direccin dela temperatura decreciente. El requisito b'sico para la transferencia de calor es lapresencia de una diferencia de temperatura. Mo existe la m's mnima posibilidad deque se d4 transferencia neta de calor entre dos medios que est'n a la mismatemperatura! esta diferencia de temperaturas constituye la condicin b'sicanecesaria para que se d4 transferencia de calor.

    ,nteriormente mencionamos que el an'lisis termodin'mico no se ocupa de lavelocidad de la transferencia de calor en cierta direccin pero! a"ora! podemosdecir que este par'metro depende de la magnitud del gradiente de temperatura )odiferencia de temperatura por unidad de longitud! o la ra%n o relacin de cambiode la temperatura en esa direccin*. , mayor gradiente de temperatura! mayor es lavelocidad de transferencia de calor.

    REAS DE APLICACIN DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR

    Es comBn encontrar la transmisin de calor en los sistemas de ingeniera y otrosaspectos de la vida> y no es necesario ir muy le$os para ver algunas de sus 'reas

    de aplicacin. Es m's! uno de los e$emplos m's sencillos lo encontramos dentro delcuerpo "umano! 4ste permanece emitiendo calor en forma constante "acia susalrededores y la comunidad "umana est' ntimamente influenciada por la velocidadde esta emisin de calor. ratamos de controlar la velocidad de esta transferenciade calor al a$ustar nuestra ropa a las condiciones ambientales. 5uc"os aparatosdom4sticos se "an dise?ado! en su totalidad o en parte! aplicando los principios dela transferencia de calor. ,lgunos e$emplos incluyen la estufa el4ctrica o de gas! elsistema de calefaccin o de acondicionamiento del aire. La transferencia de calordesempe?a un papel importante en el dise?o de muc"os otros aparatos! como los

    radiadores de automviles! los colectores solares! diversos componentes de lasplantas generadoras de energa e! incluso! las naves espaciales.

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    PRINCIPIO DE CONSERVACIN DE LA ENER76A

    El Principio de conservacin de la energa indica que la energa no se crea ni sedestruye> slo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones!la energa total permanece constante> es decir! la energa total es la misma antesy despu4s de cada transformacin.

    En el caso de la energa mec'nica se puede concluir que! en ausencia de

    ro%amientos y sin intervencin de ningBn traba$o externo! la suma de las energascin4tica y potencial permanece constante. Este fenmeno se conoce con elnombre de Principio de conservacin de la energa mec'nica.

    8ALANCE DE ENER7IA PARA SISTEMAS CERRADOS Y A8IERTOS

    BALANCES COMBINADOS DE MATERIA Y ENERGA

    En todos los problemas de balance de energa! sin importar que tan simples sean!se debe conocer la cantidad de material que entra y sale del proceso en caso dequerer aplicar con 4xito la ecuacin adecuada de balance de energa. /e traba$ar'

    en condiciones uniformes. La ley de conservacin de la masa suministra una seriecompleta de ecuaciones que incluyen para un sistema dado un balance dematerial total o un balance de material para cada componente. El principio de laconservacin de la energa nos puede suministrar una ecuacin independiente enbase total! aunque no puede establecerse un balance de energa para cadacomponente. Es obvio que se requerir' una ecuacin independiente para cadavariable desconocida del problema o situacin dada! frecuentemente el balance deenerga suministra el factor extra de informacin que permite lograr la solucin dealgBn c'lculo aparentemente insuperable constituido Bnicamente por los balances

    de material.

    BALANCES DE ENERGA PARA SISTEMAS CERRADOS

    /e dice que un sistema es abierto o cerrado dependiendo que exista o notransferencia de masa a trav4s de la frontera del sistema durante el perodo detiempo en que ocurre el balance de energa. Por definicin un proceso intermitentees un proceso cerrado y los procesos semi# intermitente y continuo son sistemasabiertos.

    3na ecuacin integral de balance de energa puede desarrollarse para un sistemacerrado entre dos instantes de tiempo.

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    Energa final del sistema N Energa inicial del sistema O Energa neta transferida

    Energa inicial del sistema O 3i Eci EpiEnerga final del sistema O 3f Ecf Epf

    3 O energa internaEc O energa cin4ticaEp O energa potencial

    BALANCE DE ENERGA PARA SISTEMAS ABIERTOS EN RGIMENESTACIONARIO

    Por definicin en un sistema abierto se observa la transferencia de materia atrav4s de sus fronteras cuando ocurre un proceso. Aebe reali%arse traba$o sobre elsistema para que exista una transferencia de materia "acia 4l y la masa que saledel sistema reali%a traba$o sobre los al rededores )entorno* ambos t4rminos detraba$o deben incluirse en la ecuacin de balance de energa.

    En la ecuacin de balance de energa para un sistema abierto debemos incluir laenerga asociada a la masa que entra y sale del sistema! con lo cual se tiene(

    A significa lo que entra lo que sale del sistema menos lo que entra siconsideramos r4gimen estacionario( E entrada O E salida> AE O G! no "ayacumulacin de energa por lo que tenemos(

    /i se considera que no "ay variacin de energa potencial ni de energa cin4tica yque Q O G se tiene(

    R O A6 O A6productos N A"reactivos

    CICLO DE RA!INE

    El ciclo an;ine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodin'micoque tiene lugar en una central t4rmica de vapor. 3tili%a un fluido de traba$o que

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    alternativamente evapora y condensa! tpicamente agua )si bien existen otros tiposde sustancias que pueden ser utili%ados! como en los ciclos an;ine org'nicos*.

    5ediante la quema de un combustible! el vapor de agua es producido en unacaldera a alta presin para luego ser llevado a una turbina donde se expande paragenerar traba$o mec'nico en su e$e )este e$e! solidariamente unido al de ungenerador el4ctrico! es el que generar' la electricidad en la central t4rmica*. Elvapor de ba$a presin que sale de la turbina se introduce en un condensador!equipo donde el vapor condensa y cambia al estado lquido )"abitualmente el calores evacuado mediante una corriente de refrigeracin procedente del mar! de un roo de un lago*.

    ALGUNOS DISPOSITIVOS DONDE SE APLICA LA CONSERVACION DE LAENERGIA PARA FLUJO ESTABLE

    TOBERAS3na tobera de rociada o boquilla pulveri%adora es un dispositivo

    empleado para dividir un liquido en gotitas. Las aplicaciones de estas toberasson numerosas y variadas! y en consecuencia! se emplea un gran nBmero demodelos. odas las toberas de rociada pueden clasificarse en alguno de lostipos siguientes( S oberas de presin S oberas giratorias o rotativas S oberasatomi%adoras por gas

    oberas de Presin En las que el liquido esta a presin y se divide por su

    in"erente estabilidad y su c"oque con la atmsfera! o bien por su c"oque conotro c"orro o con una placa fi$a. Las toberas de presin son en generalrelativamente sencillas! peque?as y poco costosas y consumen por lo generalmenos potencia que otros tipos.

    oberas de cono "ueco en ella se alimenta el lquido a una c'mara por pasa$es

    tangenciales o por una espiral fi$a! de modo que adquieran r'pido movimientode rotacin. El orificio est' colocado en el e$e de la c'mara de remolinos y ellquido sale en una l'mina con forma de cono "ueco que luego se divide engotas. Las toberas m's peque?as se emplean para el secado por pulveri%acin!

    los lavadores y los "umidificadores de aire! los quemadores de petrleo! laabsorcin de gases! etc.! y suelen funcionar con presiones algo m's altas.

    oberas de cono maci%o Esta tobera es una modificacin de la de cono "ueco y

    se emplea cuando se desea abarcar por completo una superficie fi$a. /e empleaen ciertas aplicaciones de lavado! para enfriar y airear agua! y para otros finesen que resulte venta$osa la distribucin especial m's que uniforme. La tobera esen esencia una de cono "ueco a la que se le "a a?adido un c"orro axial quec"oca contra el liquido en rotacin $ustamente en el orificio.

    oberas de abanico! por medio de cortes fresados o canales en la cara posteriorde la placa del orificio! y a veces de un orificio alargado! o por medio de dos

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    c"orros inclinados! se "ace que el fluido salga en l'mina de forma de abanicoque luego se rompe en gotitas.

    oberas de c"oque! se "ace c"ocar a una corriente maci%a de lquido a presincontra una superficie fi$a o contra otra corriente an'loga. 5ediante unaorientacin y una forma adecuada de la placa o variando el tama?o y ladireccin de las dos corrientes de fluidos es posible obtener un cono "ueco ouna lamina en forma de abanico o de disco. on toberas de c"oque es posibleproducir gotas de tama?os mas uniformes que con otros tipos de toberas depresin! si se mantiene la corriente laminar. Las peque?as toberas de c"oquesuelen usarse en el "umidificador de aire.

    oberas de niebla para extinguir incendios orrientemente son de presin

    dise?ados para producir una densa capa o niebla de gotas de aguarelativamente peque?as. /u efecto extintor se debe primordialmente alenfriamiento de los gases quemados por su contacto con las gotas de agua yprincipalmente por la evaporacin de dic"as gotas.

    oberas otativas La parte fundamental de una tobera rotativa es un disco o

    una copa generalmente conectado directamente a un motor el4ctrico. El lquidoque se pulveri%a se alimenta ba$o presin al centro del disco rotativo. /eemplean diversos modelos de discos! con el fin de me$orar las caractersticas dela rociada.

    oberas ,tomi%adoras El lquido se pulveri%a por su c"oque con una corriente

    de gas a gran velocidad! generalmente de aire o vapor. El lquido puedealimentarse ba$o presin por la carga "idr'ulica debida a su densidad o poraspiracin por el efecto del inyector de la corriente de gas. El contacto entre elliquido y el gas! puede tener lugar completamente fuera de la tobera dentro deuna c'mara en la cual sale el liquido pulveri%ado por un orificio. La forma de lanube de rociado se controla variando la forma del orificio en los tipos de me%clainterna y por medio de c"orros auxiliares de gas en el me%cla externa.

    A0+3/FE/ 3n difusor es un dispositivo que aumenta la presin de un fluido.Es una tobera inversa por lo tanto el 'rea de entrada es menor que el 'rea desalida y por consiguiente la velocidad se disminuye dentro del difusor. Latransferencia de calor es muy peque?a y despreciable! por esto se considerancomo adiab'ticos. Aebido a los cambios que "ay en la velocidad el cambio en laenerga cin4tica es bastante apreciable y como el fluido experimenta poco oningBn cambio en la elevacin la energa potencial es despreciable.

    INTERCAMBIADORES DE CALOR omo su nombre lo implica! son

    dispositivos donde dos corrientes de fluido en movimiento intercambian calor sin

    me%clas. Los 0ntercambiadores de calor se emplean en diversas industrias ypresentan numerosos dise?os. La forma m's comBn de intercambiador de calor

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    es la del intercambiador de calor de doble tubo )tambi4n de tubo y cora%a*. /ecompone de dos tuberas conc4ntricas de diferentes di'metros. 3n fluido circula

    por la tubera interior y el otro en el espacio anular entre las dos tuberas. Elcalor se transfiere del fluido caliente al fro mediante la pared que los separa.,lgunas veces el tubo interior forma un par de vueltas dentro de la cora%a paraaumentar el 'rea de transferencia de calor y! por ello! la relacin detransferencia de calor. Las c'maras de me%cla son clasificadas como0ntercambiadores de calor de contacto directo. El principio de la conservacin dela masa para un intercambiador de calor en operacin permanente requiere quela suma de las relaciones de flu$o de masa entrantes sea igual a la suma de lasrelaciones de flu$o de masa salientes. Ftra expresin del mismo principio es( enoperacin permanente! la relacin de flu$o de masa de cada corriente de fluido

    que fluye por un intercambiador de calor permanece constante. Los0ntercambiadores de calor no implican interacciones de traba$o )TOG* y suscambios de energa potencial y cin4tica son despreciables. Para cada corrientede fluido. La relacin de transferencia de calor asociado con intercambiados decalor depende de cmo se elige el volumen de control. Los 0ntercambiadores decalor se destinan para la transferencia de calor entre dos fluidos dentro deldispositivo! y la cora%a exterior suele estar bien aislada para evitar cualquierliberacin de calor en los alrededores. uando todo el intercambiador de calorse elige como el volumen de control! R se vuelve cero porque la frontera se

    encuentra $usto aba$o del aislamiento y poco o nada de calor cru%a. /inembargo! si solo uno de los fluidos se elige como el volumen de control!entonces la frontera ser' cru%ada por el cu'ndo fluya de un fluido al otro y R noser' cero. Ae "ec"o! R en este caso ser' la relacin de transferencia de calorentre los dos fluidos.

    egenerador de +rUn;l El regenerador de +rUn;l "a sido muy usado en las

    fabricas de oxigeno en Europa. onsiste en un deposito cilndrico relleno condiscos met'licos tambi4n cilndricos que se "acen arrollando un espiral una tiracorrugada de aluminio o cobre. El 'rea superficial por unidad de volumen es de

    1JGG a IIGG m:mI! la cada de presin es de pocas d4cimas de ;g.:cm y soncomunes temperaturas prximas en uno o dos grados centgrados a los delextremo caliente. En un proceso de separacin del aire se emplean doregeneradores para cambiar calor entre el aire y el nitrgeno y otros dos para elaire y el oxigeno.

    FLUJO EN DUCTOS Y TUBERAS El transporte de gases o lquidos en

    tuberas y ductos es de gran importancia en muc"as aplicaciones en ingeniera.El flu$o por una tubera o ducto casi siempre satisface las condiciones de flu$opermanente. En los flu$os en las tuberas o ductos la transferencia de calor es

    apreciable. Las velocidades involucradas en el flu$o por tuberas o ductos sonrelativamente peque?as y los cambios en la energa cin4tica son casi siempre

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    insignificantes. El cambio de la energa potencial es importante! ya que esposible que el fluido se someta a un cambio de elevacin considerable.

    CALORES ESPECFICOS A PRESIN CONSTANTE CPY A VOLUMEN

    CONSTANTE CV

    En una transformacin a volumen constante d3OdROnc&d

    En una transformacin a presin constante d3OncPd#pd&

    omo la variacin de energa interna d3 no depende del tipo de transformacin!sino solamente del estado inicial y del estado final! la segunda ecuacin se puede

    escribir como nc&dOncPd#pd&

    Empleando la ecuacin de estado de un gas ideal p&On! obtenemos la relacinentre los calores especficos a presin constante y a volumen constante

    c&OcP#

    Para un gas monoatmico3=In c&=I cP=H

    Para un gas diatmico 3=Hn c&=H cP=7

    La variacin de energa interna en un proceso ,- es V3Onc&)-#,*

    /e denomina ndice adiab'tico de un gas ideal al cociente W=cPc&

    0soterma o a temperatura constante

    p&On

    La curva pOcte:& que representa la transformacin en un diagrama p#&es una"ip4rbola cuyas asntotas son los e$es coordenados.

    Q!&,&-pd&!&,&-n&d&nln&-&,

    V3OG

    ROQ

    http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/estadistica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html#Definici%C3%B3n%20cin%C3%A9tica%20de%20la%20temperaturahttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/estadistica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html#Definici%C3%B3n%20cin%C3%A9tica%20de%20la%20temperaturahttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/estadistica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html#Definici%C3%B3n%20cin%C3%A9tica%20de%20la%20temperatura
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    ,diab'tica o aislada t4rmicamente! ROG

    La ecuacin de una transformacin adiab'ticala "emos obtenido a partir de unmodelo simple de gas ideal. ,"ora vamos a obtenerla a partir del primer principiode la ermodin'mica.

    E"#$"%&' () *$ +,$'./,$"%&' $(%$+%"$

    Ael primer principio d3O #pd&

    nc&d=n&d& d=c&d&&

    0ntegrando

    ln=c&ln&+cte &/c&=cte P&/c&+1=cte

    Aonde el exponente de Vse denomina ndice adiab'tico W del gas ideal

    W=c&+1=cPc&c&+1=cPc&

    /i , y - son los estados inicial y final de una transformacin adiab'tica se cumpleque

    p,&W,=p-&W-

    Para calcular el traba$o! es necesario efectuar una integracin similar a latransformacin isoterma.

    Q=&,&-pd&=&,&-cte&Wd&=cteW+1(&W+1-&W+1,)=1W+1(p-&-p,&,)

    omo podemos comprobar! el traba$o es igual a la variacin de energa internacambiada de signo

    http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/estadistica/estadistica/cinetica/cinetica.htmlhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/estadistica/estadistica/cinetica/cinetica.html
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    /i Q=0! entonces W=-VU=#nc&)-#,*

    PROCESOS POLITRPICOSLos procesos politrpicosson aquellos procesos termodin'micos para gases idealesquecumplen con la ecuacin( donde es un nBmero dado. Para el caso deprocesos adiab'ticos! es igual a ! el cual es un valor especfico para cada sustancia.Este valor se puede encontrar en tablas para dic"o caso.

    /e denomina proceso politrpico al proceso termodin'mico! generalmente ocurrido engases! en el que existe! tanto una transferencia de energa al interior del sistema quecontiene el o los gases como una transferencia de energa con el medio exterior ) procesoisot4rmico*.

    El proceso politrpico obedece a la relacin(

    Aonde p es la presin! v es un volumen especfico! n! el ndice politrpico! que puede sercualquier nBmero real! y es una constante. La ecuacin de un proceso politrpico esparticularmente Btil para describir los procesos de expansin y compresin que incluyentransferencia de calor. Esta ecuacin puede caracteri%ar un amplio rango de procesostermodin'micos desde nOG a nO lo cual incluye( nOG )proceso isob'rico*! nO1 )procesoisotermal*! nOW )proceso isentrpico*! nO )proceso isocrico* y todos los valoresintermedios de n. ,s la ecuacin es politrpica en el sentido de que describe varias lneaso procesos. ,dem's de la representacin del comportamiento de gases! la ecuacin puedeser utili%ada para representar ciertos comportamientos de lquidos o slidos. La Bnica

    restriccin es que el proceso debe desplegar una tasa de transferencia de energa de=OXR:XQOconstante durante tal proceso. /i se desva de tal restriccin! esto sugiere que elexponente no es una constante. Para un exponente especfico! otros puntos a lo largo de lacurva pueden ser calculados de la siguiente manera(

    Aerivacin(

    https://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_politr%C3%B3picohttps://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_termodin%C3%A1micohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isot%C3%A9rmicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isot%C3%A9rmicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isob%C3%A1ricohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isentr%C3%B3picohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isoc%C3%B3ricohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_politr%C3%B3picohttps://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_termodin%C3%A1micohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isot%C3%A9rmicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isot%C3%A9rmicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isob%C3%A1ricohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isentr%C3%B3picohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isoc%C3%B3rico
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    Los procesos politrpicos se comportan de forma diferente con varios ndicespolitrpicos. 3n proceso politrpico puede generar otros procesos termodin'micos

    b'sicos.

    La siguiente derivacin es tomada del texto de osep" "ristians.onsid4rese ungas en un sistema cerrado ba$o un proceso interno reversible con cambiosinsignificantes de energa cin4tica y potencial. La primera ley de latermodin'micaestablece que(

    Aonde q es positiva por el calor a?adido al sistema y T es negativa por el traba$oreali%ado dentro del mismo.

    ,l definir el ndice de transferencia de energa se tiene(

    .

    Para un proceso interno reversible el Bnico tipo de interaccin de traba$o es eldespla%amiento de traba$o de expansin dado por Pdv. ,s tambi4n se asume queel gas es calricamente perfecto )calor especfico constante* de modoque du O cvd. La primer ley tambi4n puede ser escrita(

    onsid4rese la ecuacin de estadodel gas ideal con el bien conocido factor decompresibilidad Y( Pv O Y. ,sumiendo que la constante del gas es tambi4n fi$a)por e$emplo! "ay reacciones qumicas*. La ecuacin de estado P& O Y puedeser diferenciada para dar(

    https://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_politr%C3%B3pico#cite_note-IJMEE-2https://es.wikipedia.org/wiki/Primer_principio_de_la_termodin%C3%A1micahttps://es.wikipedia.org/wiki/Primer_principio_de_la_termodin%C3%A1micahttps://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_estadohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_politr%C3%B3pico#cite_note-IJMEE-2https://es.wikipedia.org/wiki/Primer_principio_de_la_termodin%C3%A1micahttps://es.wikipedia.org/wiki/Primer_principio_de_la_termodin%C3%A1micahttps://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_estado
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    -asado en la relacin especfica de calor que surge de la definicin de entalpa! elt4rmino Y puede ser reempla%ado por cp# cv. on estas anotaciones la primeraley de la termodin'mica se convierte en(

    Aonde W es el ndice de calor especfico. Esta ecuacin es importante para elentendimiento de la base de la ecuacin de los procesos politrpicos. ,"oraconsid4rese la ecuacin de proceso politrpico(

    omando el logaritmo natural de ambos lados de la ecuacin )entendiendo que elexponente n es una constante para un proceso politrpico* se tiene(

    La cual puede ser diferenciada y reordenada de la siguiente forma(

    ,l comparar este resultado del resultado obtenido por la primera ley! se concluyeque el exponenete politrpico es constante )y por lo tanto el proceso es politrpico*cuando el ndice de transferencia de energa es constante para el proceso. Ae"ec"o el exponente politrpico puede ser expresado en t4rminos del ndice detransferencia de energa(

    .

    Aonde = es negativa para un gas ideal.

    Esta derivacin puede ser ampliada para incluir procesos politrpicos en sistemasabiertos incluyendo momentos en los que la energa cin4tica )e$. MBmero 5ac"* essignificativo. ambi4n se puede ampliar para incluir procesos politropicos

    https://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttps://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_Machhttps://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttps://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_Mach
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    PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINMICATERMODINMICA

    JULIO - 2015

    irreversibles.

    Aplicabilidad

    La ecuacin del proceso politrpico se utili%a comBnmente para procesosreversibles o irreversibles de gases ideales o cercanos a los gases ideales queinvolucran transferencia de calor y:o interacciones de traba$o cuando el ndice detransferencia de energa )Xq:XT* es constante para el proceso. La ecuacin podrano ser aplicables para procesos en un sistema abierto si la energa cin4tica )e$.MBmero 5ac"* es significativa

    Capacidad especfica de calor:

    Es denotada por y es igual a elacin con procesos ideales

    Para valores especficos del ndice politrpico! el proceso ser' id4ntico al de otrosprocesos. ,lgunos e$emplos de los efectos de la variacin de los valores del ndiceest'n dados en la tabla siguiente(

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    TERMODIN3MICA FIC 5 UNP 25

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    PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINMICATERMODINMICA

    JULIO - 20153$,%$"%&' ()* 4'(%") /*%+,&%"/

    Zndicepolitrpico

    elacin Efectos

    [ Los exponentes negativos pueden tambi4n ser significativos en algunoscasos especiales donde no "ay dominacin de las interacciones

    termales! como lo pueden ser algunos procesos de ciertos plasmas

    en astrofsica

    )constante*Equivalente a un proceso isob'rico )presin constante*

    )constante*Equivalente a un proceso isot4rmica )temperatura constante*

    [ Proceso cuasi#diab'tico tal como en un motor de combustin internadurante laexpansin o en la refrigeracin por compresin de vapor durante la etapa de

    compresin. ,s tambi4n como en un proceso de \compresin politrpica] como

    lo sera un gas a trav4s de un compresor centrfugo donde la p4rdida de calor

    del compresor )dentro del sistema* es mayor que el calor a?adido al gas dentro

    de la compresin.

    [es el exponente isentrpico produciendo un proceso

    isentrpico)adiab'tico y reversible*. Esto tambi4n es ampliamente

    referido como el ndice adiab'tico! produciendo un proceso adiab'tico

    )sin transferencia de calor*. /in embargo! el t4rmino adiab'tico no

    describe adecuadamente este proceso! debido a que 4ste solamente

    implica que no "ay transferencia de calor.K/olo un proceso adiab'tico

    reversible es un proceso isentrpico.

    [ El ndice politrpico normal es m's grande que la ra%n especfica decalor )gamma* dentro de un proceso de @compresin politrpica@ como lo

    es un gas a trav4s de un compresor centrfugo. Las ineficiencias de la

    compresin centrfuga y el calor calor a?adido al gas sobrepasan a la

    p4rdida de calor dentro del sistema.

    [ Equivalente a unproceso isocrico)volumen constante*

    https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_combusti%C3%B3n_internahttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isentr%C3%B3picohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isentr%C3%B3picohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_politr%C3%B3pico#cite_note-4https://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_politr%C3%B3pico#cite_note-4https://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isoc%C3%B3ricohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isoc%C3%B3ricohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isoc%C3%B3ricohttps://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_combusti%C3%B3n_internahttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isentr%C3%B3picohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isentr%C3%B3picohttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_politr%C3%B3pico#cite_note-4https://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isoc%C3%B3rico
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    PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINMICATERMODINMICA

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    uando el ndice n est' dentro de dos de los anteriores valores )G! 1! W! o ^* significaque la curva del proceso politrpico ser' una funcin restringida por las curvas de losdos ndices correspondientes.

    Mtese que ! a partir de

    .

    Motacin

    En el caso de un gas ideal isentrpico! es la ta%a de calor especfica! conocidacomo ndice adiab'tco o como exponente adiab'tico.

    3n gas ideal isotermal es tambi4n un gas politrpico. ,qu! el ndice politropico esigual a uno y difiere del ndice adiab'tico .

    Para poder diferenciar entre las dos gammas! la gamma politrpica es a veces escritacon mayBscula .

    Para mayor confusin! algunos autores utili%an como el ndice politrpico en ve%de . Mtese que(

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    TERMODIN3MICA FIC 5 UNP 27

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    En termodin'micase designa como proceso adiab'tico a aquel en el cual el sistematermodin'mico)generalmente! un fluidoque reali%a un traba$o* nointercambia calorcon su entorno. 3n proceso adiab'tico que es adem's reversible se

    conoce como proceso isoentrpico. El extremo opuesto! en el que tiene lugar lam'xima transferencia de calor! causando que la temperaturapermane%ca constante!se denomina proceso isot4rmico.

    PROCESO ADIABTICO

    El t4rmino adiab'tico "ace referencia a elementos que impiden la transferenciade calorcon el entorno. 3na pared aislada se aproxima bastante a un lmiteadiab'tico. Ftro e$emplo es la temperatura adiab'tica de llama! que es la temperatura

    que podra alcan%ar una llama si no "ubiera p4rdida de calor "acia el entorno. Enclimati%acin los procesos de "umectacin )aporte de vapor de agua* sonadiab'ticos! puesto que no "ay transferencia de calor! a pesar que se consiga variarla temperatura del aire y su "umedad relativa.

    El calentamiento y enfriamiento adiab'tico son procesos que comBnmente ocurrendebido al cambio en la presinde un gas. Esto puede ser cuantificado usando la leyde los gases ideales.

    En otras palabras se considera proceso adiab'tico a un sistema especial en el cual

    https://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_termodin%C3%A1micohttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_termodin%C3%A1micohttps://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)https://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isoentr%C3%B3picohttps://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isot%C3%A9rmicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_de_aguahttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Gashttps://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_idealeshttps://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_idealeshttps://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_termodin%C3%A1micohttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_termodin%C3%A1micohttps://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)https://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isoentr%C3%B3picohttps://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isot%C3%A9rmicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_de_aguahttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Gashttps://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_idealeshttps://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_ideales
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    no se pierde ni tampoco se gana energa calorfica. Esto viene definido segBn la

    primera ley de termodin'mica describiendo que ROG

    /i se relaciona el tema del proceso adiab'tico con las ondas! se debe tener encuenta que el proceso o car'cter adiab'tico solo se produce en las ondaslongitudinales

    Aurante un proceso adiab'tico! la energa internadel fluido que reali%a el traba$odebe necesariamente decrecer.

    +ormula matem'tica(

    E6#)$ () #'$ )7$'%&' $(%$+%"$

    La ecuacin matem'tica que describe un proceso adiab'tico en un gas)si el procesoes reversible* es

    donde P es la presindel gas! & su volumen y

    El coeficiente adiab'tico! siendo el calor especficomolar a presin constantey el calor especfico molar a volumen constante. Para un gas monoatmico ideal!

    . Para un gas diatmico )como el nitrgenoo el oxgeno! los principales

    componentes del aire*

    Aerivacin de la frmula

    que al final nos dar'(

    https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Gashttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_dilataci%C3%B3n_adiab%C3%A1ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADficohttps://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADficohttps://es.wikipedia.org/wiki/Nitr%C3%B3geno_diat%C3%B3micohttps://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Gashttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_dilataci%C3%B3n_adiab%C3%A1ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADficohttps://es.wikipedia.org/wiki/Nitr%C3%B3geno_diat%C3%B3mico
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    y esto ser' igual al traba$o (

    tambi4n podemos tener una variante (

    Aeseamos conocer cmo los valores de y se relacionan entre s durante elproceso adiab'tico. Para ello asumiremos que el sistema es un gas monoatmico!por lo que

    Aonde es la constante universal de los gases.

    Aado y entonces y

    ,"ora sustituyendo las ecuaciones )* y )I* en la ecuacin )1* obtenemos

    simplificando

    https://es.wikipedia.org/wiki/Constante_universal_de_los_gaseshttps://es.wikipedia.org/wiki/Constante_universal_de_los_gases
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    dividiendo ambos lados de la igualdad entre P&

    ,plicando las normas del c'lculo diferencial obtenemos que

    que se puede expresar como

    Para ciertas constantes y del estado inicial. Entonces

    elevando al exponente ambos lados de la igualdad

    eliminando el signo menos

    por lo tanto

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    epresentacin gr'fica de las curvas adiab'ticas

    Las propiedades de las curvas adiab'ticas en undiagrama P#&son las siguientes(

    ada adiab'tica se aproxima asintticamentea ambos e$es del diagrama P#& )aligual que las isotermas*.

    ada adiab'tica se interseca con cada isoterma en un solo punto.

    3na curva adiab'tica se parece a una isoterma! excepto que durante una expansin!una adiab'tica pierde m's presin que una isoterma! por lo que inclinacin es mayor)es m's vertical*.

    /i las isotermas son cncavas "acia la direccin @noreste@ )KH*! entonces lasadiab'ticas son cncavas "acia la direccin @este noreste@ )I1*.

    /i adiab'ticas e isotermas se dibu$an separadamente con cambios regulares en laentropa y temperatura! entonces a medida que nos ale$amos de los e$es )endireccin noreste*! parece que la densidad de las isotermas permanece constante!pero la densidad de las adiab'ticas disminuye. La excepcin se encuentra muy cercadel cero absoluto! donde la densidad de las adiab'ticas cae fuertemente y se "acenmuy raras )&4ase tambi4n( eorema de Mernst*.

    Enfriamiento adiab'tico del aire Existen! tres relaciones en el enfriamiento adiab'ticodel aire(

    La relacin ambiente de la atmsfera! que es la proporcin a la que el aire se enfra amedida que se gana altitud.

    La tasa seca adiab'tica! es de unos #1 por cada 1GG metros de subida.

    La tasa "Bmeda adiab'tica! es de unos #G!J # G!I_ por cada 1GG metros de subida.

    La primera relacin se usa para describir la temperatura del aire circundante a trav4sdel cual est' pasando el aire ascendente. La segunda y tercera proporcin son lasreferencias para una masa de aire que est' ascendiendo en la atmsfera. La tasaseca adiab'tica se aplica a aire que est' por deba$o del punto de roco! por e$emplosi no est' saturado de vapor de agua!mientras que la tasa "Bmeda adiab'tica seaplica a aire que "a alcan%ado su punto de roco. El enfriamiento adiab'tico es unacausa comBn de la formacin de nubes.

    El enfriamiento adiab'tico no tiene por qu4 involucrar a un fluido. 3na t4cnica usada

    para alcan%ar muy ba$as temperaturas )mil4simas o millon4simas de grado sobreel cero absoluto* es la desmagneti%acin adiab'tica! donde el cambio en un campo

    https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Diagrama_P-V&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Diagrama_P-V&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/wiki/As%C3%ADntotahttps://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Cero_absolutohttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Teorema_de_Nernst&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/wiki/Airehttps://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_roc%C3%ADohttps://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttps://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttps://es.wikipedia.org/wiki/Nubehttps://es.wikipedia.org/wiki/Cero_absolutohttps://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Diagrama_P-V&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/wiki/As%C3%ADntotahttps://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Cero_absolutohttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Teorema_de_Nernst&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/wiki/Airehttps://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_roc%C3%ADohttps://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttps://es.wikipedia.org/wiki/Nubehttps://es.wikipedia.org/wiki/Cero_absolutohttps://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico
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    magn4ticoen un material magn4tico es usado para conseguir un enfriamientoadiab'tico.

    Procesos adiabticos en mecnica cuntica

    En mec'nica cu'nticauna transformacin adiab'tica es un cambio lento enel 6amiltoniano cu'nticoque describe el sistema y que resulta en un cambio delos valores propiosdel 6amiltonianopero si de sus estados propios! lo que se conocecomo cruce evitado. Por e$emplo! si un sistema comien%a en su estadofundamentalpermanecer' en el estado fundamental a pesar de que las propiedadesde este estado pueden cambiar. /i en tal proceso se produce un cambio cualitativoen las propiedades del estado fundamental! como por e$emplo un cambio de spinla

    transformacin se denomina transicin de fase cu'ntica. Las transiciones de este tiposon transiciones de fase pro"ibidas por la mec'nica cl'sica.

    https://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1nticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Hamiltoniano_(mec%C3%A1nica_cu%C3%A1ntica)https://es.wikipedia.org/wiki/Vector_propio_y_valor_propiohttps://es.wikipedia.org/wiki/Hamiltoniano_(mec%C3%A1nica_cu%C3%A1ntica)https://es.wikipedia.org/wiki/Vector_propio_y_valor_propiohttps://es.wikipedia.org/wiki/Cruce_evitadohttps://es.wikipedia.org/wiki/Estado_fundamentalhttps://es.wikipedia.org/wiki/Estado_fundamentalhttps://es.wikipedia.org/wiki/Esp%C3%ADnhttps://es.wikipedia.org/wiki/Transici%C3%B3n_de_fase_cu%C3%A1nticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cl%C3%A1sicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1nticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Hamiltoniano_(mec%C3%A1nica_cu%C3%A1ntica)https://es.wikipedia.org/wiki/Vector_propio_y_valor_propiohttps://es.wikipedia.org/wiki/Hamiltoniano_(mec%C3%A1nica_cu%C3%A1ntica)https://es.wikipedia.org/wiki/Vector_propio_y_valor_propiohttps://es.wikipedia.org/wiki/Cruce_evitadohttps://es.wikipedia.org/wiki/Estado_fundamentalhttps://es.wikipedia.org/wiki/Estado_fundamentalhttps://es.wikipedia.org/wiki/Esp%C3%ADnhttps://es.wikipedia.org/wiki/Transici%C3%B3n_de_fase_cu%C3%A1nticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cl%C3%A1sica