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UNIVERSIDAD PRIVADA
ANTENOR ORREGO

TEMODINÁMICA:
LEYES
DEPARTAMENTO
ACADÉMICO
DE CIENCIAS
07/10/15 20:14

Segundo L. Gallardo Z.

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PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
TRABAJO Y CALOR EN PROCESOS TERMODINAMICOS
Un sistema termodinámico puede intercambiar su energía
interna con el entorno de dos maneras: por intercambio de
calor y/o por trabajo realizado.
La energía interna U de un
sistema es laenergía acumulada mediante la suma
de las energías cinética y
potencial de todas las
partículas que componen el
sistema.
El intercambio de calor
y/o trabajo de un sistema
con su entorno significa
ganar
o perder energía
interna
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Sistema
Termodinámico

U =  Ei

Pierde
energía

Gana
energía

Energía del Entorno o
Medio Ambiente
Een

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Figura 1
2

PRIMERA LEY DE LATERMODINAMICA
TRABAJO EN UN CAMBIO DE VOLUMEN
El trabajo en un cambio de volumen puede analizarse
considerando el gas contenido en un cilindro con un pistón
móvil, como el de la Fig. 2.
En (a) el gas en equilibrio térmico ocupa un volumen V y ejerce
una presión P sobre las paredes del cilindro y sobre el pistón
de área A.
La fuerza ejercida por el
F
gas sobre el pistón es
(1)
F = PA
En (b) estafuerza aumenta
el volumen del gas en un
proceso muy lento como
para que permanezca siempre en equilibrio térmico
(proceso cuasi estático).
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dy

A
P

Segundo L. Gallardo Z.

F

V + dV

V

(a)

(b)
Figura 2.
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PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
El trabajo hecho por el gas al mover el pistón hacia arriba una
distancia dy es:
d W = F dy = PA dy
Como A dy = dV es el incremento de volumendel gas, entonces
dW=PdV

(2)

Si el gas se expande el cambio de volumen dV es positivo. En
este caso el trabajo es realizado por el gas y se considera como
positivo. Si el gas se comprime el cambio de volumen dV es
negativo, entonces el trabajo es realizado sobre el gas y se
considera como negativo
El trabajo total hecho por el gas en un cambio de volumen
desde un volumen inicial V1 hasta unvolumen final V2 es
W=

V2

PdV

(3)

V1

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Segundo L. Gallardo Z.

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PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
El trabajo realizado en un cambio de volumen de un gas ideal
depende del proceso que se siga.
CASOS:
Trabajo en un Proceso Isotérmico. En este proceso la temperatura
es constante, entonces la presión es de la forma P = (n R T)(1/V) y
con ello el trabajo, según la Ec.(3), es:
V2

PW=nRT
1

P1

2

P2

W = área

V1

V2

T1 = T2
V

Figura 3. Trabajo Isotérmico


V1

dV
V

= n R T Ln

V2

(4)

V1

El trabajo realizado en la expansión isotérmica está representado
por el área sombreada bajo la
curva del proceso como se
muestra en la Fig. 3.

El proceso inverso es una compresión isotérmica y el trabajo
sería negativo.
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Segundo L. Gallardo Z.

5

PRIMERA LEY DE LATERMODINAMICA
Trabajo en un Proceso Isobárico
En este proceso la presión es constante, entonces el trabajo es
W=P

V2

d V = P ( V – V )
2

V1

P
1

P1 = P2

2
T2

W = área

T1
V1

V

V2

Figura 4. Trabajo Isobárico

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1

(5)

El trabajo en la expansión
isobárica de un gas ideal
está representado por el
área sombreada bajo la
curva del proceso, como se
muestra en la Fig. 4. El
procesoinverso es una
compresión y el trabajo
sería negativo.

Segundo L. Gallardo Z.

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PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
Trabajo en un Proceso Isocórico
En este proceso el volumen es constante, entonces dV = 0.
Por lo tanto, el trabajo es cero.
W=0
P
2
P2
W=0

P1

1

T2
T1

V1 = V2

V

Figura 5. Trabajo Isocórico

No hay área bajo la curva isocórica, como se muestra en la
Fig.5.
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SegundoL. Gallardo Z.

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PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
Trabajo en un Proceso Adiabático

En este proceso PV = constante = C, entonces la presión
podemos escribirla como P = C V y con ello el trabajo es:
V2

P
P1

P2

W=

1

2
W = área

V1

CV

-

dV=

1– 
En este proceso, dos estados se
relacionan en la forma

T1

V1



T2
V

V2

C V21- – C V11-

Entonces



P1 V 1 = P 2 V 2 = C
P2 V 2 –...