08 PRIMERA LEY TERMO

PRIMERA LEY
TERMODINÁMIC
A

TERMODINÁMI
CA
La
termodinámica
es el estudio de
las relaciones de
energía que
involucran calor,
trabajo
mecánico y
otros aspectos
de energía y
transferencia de
calor.

Calefacción
central

Objetivos: Después de terminar
esta unida, deberá:
• Establecer y aplicar la primera ley de la
termodinámica.
• Demostrar su comprensión
de los procesos adiabático,
isocórico,isotérmico e
isobárico.

UN SISTEMA
TERMODINÁMICO
• Un sistema es un entorno cerrado en el
que puede tener lugar transferencia de
calor. (Por ejemplo, el gas, las paredes
y el cilindro de un motor de automóvil.)

Trabajo
realizado sobre
el gas o trabajo
realizado por el
gas

ENERGÍA INTERNA DEL
SISTEMA
• La energía interna U de un sistema es
el total de todos los tipos de energía
que
poseen
laspartículas
que
conforman el sistema.
Por lo general la energía interna
consiste de la suma de las
energías potencial y cinética de
las moléculas de gas que
realizan trabajo.

DOS FORMAS DE AUMENTAR LA
ENERGÍA INTERNA, U.

+ U
TRABAJO
REALIZADO
SOBRE UN
GAS

CALOR QUE SE
PONE EN UN
SISTEMA
(Positivo)

DOS FORMAS DE REDUCIR LA
ENERGÍA INTERNA, U.
Wout

calient
e

Qout
- U
Disminu
ye

TRABAJOREALIZADO POR EL
GAS EN
EXPANSIÓN: W es
positivo

calient
e

CALOR SALE DEL
SISTEMA
Q es negativo

ESTADO
TERMODINÁMICO
El ESTADO de un sistema
termodinámico
se
determina
mediante
cuatro factores:
• Presión absoluta P en
pascales
• Temperatura T en Kelvins
• Volumen
en metros
Número deV moles,
n, del gas que realiza
cúbicos
trabajo

PROCESO
TERMODINÁMICO
Aumento en energía interna,
U.
Wout
QinEstado
inicial:

P1 V1 T1 n1

Entrada de
calor
Trabajo por el
gas

Estado
final:
P2 V2 T2 n2

El proceso
inverso
Disminución de energía interna,
U.
Win
Qout

Estado
inicial:

P1 V1 T1 n1

Trabajo sobre el
gas
Pérdida de
calor

Estado
final:
P2 V2 T2 n2

LA PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA:
• La entrada neta de calor en un
sistema es igual al cambio en
energía interna del sistema más el
trabajorealizado POR el sistema.

Q = U + W
final inicial)

• Por el contrario, el trabajo realizado
SOBRE un sistema es igual al cambio
en energía interna más la pérdida de
calor en el proceso.

CONVENCIONES DE
SIGNOS PARA LA
PRIMERA LEY

• ENTRADA de calor Q es
positiva
•
Trabajo POR un gas es

positivo
• Trabajo SOBRE un gas es
negativo
• SALIDA de calor es
negativa

+Wout

+Qin

U
-Win

U-Qout

Q = U + W
final inicial)

APLICACIÓN DE LA
PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
Ejemplo 1: En la figura, el
Wout =120
gas absorbe 400 J de calor
y al mismo tiempo realiza
J
120 J de trabajo sobre el
pistón. ¿Cuál es el cambio
en energía interna delQin
sistema?
400 J

Aplique primera
ley:

Q = U + W

Ejemplo 1 (Cont.): Aplique la
primera ley
Q es positivo: +400 J (calor
ENTRA)
W espositivo: +120 J (trabajo
SALE)
Q

Q = U + W
U = Q - W

U = Q - W
= (+400 J) - (+120 J)
= +280 J

Wout =120 J

in

400 J



U = +280 J



Ejemplo 1 (Cont.): Aplique la
primera ley
La
energía
se
conserva:
Los 400 J de energía
térmica de entrada se
usan para realizar 120 J
de trabajo externo,
aumenta la energía
interna del sistema en
280 J

El aumento en
energía interna
es:

Wout=120 J
Qin
400 J



U = +280 J



CUATRO
PROCESOS
TERMODINÁMICO
S:
•• Proceso
Proceso isocórico:
isocórico:
•• Proceso
Proceso isobárico:
isobárico:

VV =
= 0,
0, W
W=
= 00
PP =
= 00

•• Proceso
Proceso isotérmico:
isotérmico: TT =
= 0,
0, U
U=
= 00
•• Proceso
Proceso adiabático:
adiabático:

Q
Q=
= 00

Q = U + W

PROCESO ISOCÓRICO:
Volumen constante, V = 0, W = 0
0

Q = U+ W

de modo que

QIN
+U

Q = U

QOUT
No se
realiza
trabajo

-U

ENTRADA DE CALOR = AUMENTO EN ENERGÍA
INTERNA
SALIDA DE CALOR = DISMINUCIÓN EN ENERGÍA
INTERNA

No hay
cambio en
volumen:

EJEMPLO
ISOCÓRICO:
P

B

2

P1

A

PA
TA

=

PB
TB

V1= V2
400 J
La entrada
de
calor
aumenta P
con
V

400 J de entrada de
calor aumentan la
energía interna en
400 J y se realiza

PROCESO ISOBÁRICO:...