00000014 FISICA LEYES DE LA TERMODINAMICA LEY DE LA ENERGIA LEY DE LA ENTROPIA

LEYES DE LA TERMODINAMICA
LEY DE LA ENERGIA
LEY DE LA ENTROPIA

Joaquín Medín Molina
Fisica general 2 2006

FORMULACION SIMPLIFICADA DE LEYES TERMODINAMICAS
PARA SISTEMAS PURAMENTE TERMICOS

energia de
cuerpo caliente

flujo de calor

energia de
cuerpo frio

LEY DE CONSERVACION DE ENERGIA
. UN FLUJO DE CALOR AUMENTA LA ENERGIA DE EL CUERPO QUE LO
ABSORBE EN LA MISMA MEDIDA QUE DISMINUYE LAENERGIA DEL
CUERPO QUE LIBERA EL CAOR

LEY DE TENDENCIA AL EQUILIBRIO
EL CALOR SIEMPRE FLUYE NATURALMENTE DEL CUERPO CALIENTE
AL CUERPO FRIO HASTA ALCANZAR UN EQUILIBRIO

NECESIDAD DE AMPLIAR FORMULACION DE PRIMERA LEY
PARA INCLUIR SISTEMAS TERMOMECANICOS

corriente

UN SISTEMA PUEDE ADQUIRIR ENERGIA TERMICA Y SUBIR SU
TEMPERATURA MEDIANTE TRABAJO, SIN NECESITAR ABSORBER CALOR

FORMULACION MASGENERAL DE PRIMERA LEY PARA SISTEMAS CERRADOS

H

Potencia

E

LA ENERGIA DE UN SISTEMA CERRADO SOLO CAMBIA MEDIANTE FLUJOS DE CALOR Y
TRABAJO QUE NO ALTERAN LA ENERGIA TOTAL DEL UNIVERSO (SISTEMA MAS AMBIENTE)

Cambio de energia del sistema= calor(Q) que absorbe - trabajo(W) que hace sobre ambiente

Ejemplo ilustrativo:
sistema=gas dentro de un cilindro sellado durante 10 segundos
H=3 julios/seg(vatios) , Potencia= 2 julios/seg (vatios)
suponemos que la energia inicial del sistema =100julios
y que la energia inicial de fuente de calor=fuente de trabajo= 200 julios
Hallar W,Q,∆E , Energias finales del sistema y de las fuentes y la
energia del universo al inicio y al final del proceso.

DETERMINACION DEl TRABAJO(W) Y DELCALOR(Q) PARA UN
SISTEMA GASEOSO MEDIANTE LA PRIMERA LEY

F= FUERZA CONTRAEL PISTON
v= velocidad de espansión del pistón
P= PRESION DEL GAS
A= AREA DEL PISTON
dV= cambio infinitesimal de volumen del gas
PARA UN FLUIDO(GAS O LIQUIDO) PODEMOS INTERPRETAR TRABAJO COMO
LA INTEGRACION DE LA PRESION A TRAVES DE UN CAMBIO EN VOLUMEN

Ejemplo : expansión isotérmica de aire a temperatura de 27ºC :
V1=1m^3, V2=2m^3, T=300K , n=40 moles ,R=8.2J/K
DETERMINACION DE W Y DE Q CON LAPRIMERA LEY

=7E4 J

Q=W=7E4J

1 LEY: LEYDE CONSERVACION DE ENERGIA: SISTEMAS ABIERTOS
flujo de sustancias

potencia química

velocidad

energia del
ambiente

potencia mecanica

fuerza

ENERGIA: •Propiedad acumulativa de un sistema
que expresa su capacidad para generar
cambios físicos
•propiedad que se conserva: lo que gana
el sistema lo pierde el ambiente y
viceversa
•propiedad intercambiable conel
ambiente por tres procesos o flujos:flujo
energia del
de sustancias quimicas(potencia
sistema
quimica),flujo de trabajo(potencia
mecanica) y flujo de calor(potencia
termica)
•propiedad escalar que asume diversas
formas que son mutuamente
transformables

potencia térmica

temperatura del
ambiente

temperatura del
sistema

Propiedad acumulativa que se conserva, pero
que puede transformarse y / opasar de un
cuerpo a otro mediante trabajo, calor o un
flujo de sustancias

FORMULACION GENERAL DE SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA
LEY DE CRECIMIENTO DE LA ENTROPIA
Universo=sistema + ambiente
Q
Sistema

ambiente

TODO SISTEMA MACROSCOPICO TIENE
UNA PROPIEDAD ,LA ENTROPIA, TAL QUE EN TODO
PROCESO NATURAL SU VALOR PARA EL UNIVERSO
CRECE(PROCESO IRREVERSIBLE) O PERMANECE
IGUAL(PROCESO REVERSIBLE)SU = S + SA
∆S U = ∆S + ∆S A ≥ 0

LA ENTROPIA , IGUAL QUE LA ENERGIA SE DEFINE POR SU
CAMBIA EN UN PROCESO DEL SIGUIENTE MODO:
Calor intercambiado por sistema con ambiente
Unidades de S = cal / K
Temperatura absoluta del sistema
Q>0 si sistema absorbe calor y Q<0 si sistema libera calor

CALCULO DE CAMBIO DE ENTROPIA DEL UNIVERSO EN
PROCESO IRREVERSIBLE A TEMPERATURA AMBIENTAL DE 27ºc
SISTEMA:10 gm de hielo a 0ºC
AMBIENTE: aire a 27ºC
PROCESO: FUSION DEL HIELO
>0

Q (calor absorbido del ambiente)

Cubo
de hielo

Charco
de agua

∆S =

Q
calor latente
10g * 80cal / g
= 2.93cal / K
=
=
T temperatura hielo
273º K

El cambio de entropia del ambiente(aire a 27ºC) es

El aumento de entropia del universo es:

CALCULO DE CAMBIO DE ENTROPIA DEL UNIVERSO EN AMBIENTE
A TEMPERATURA DE -10ºC...