Primer Principio De La Termodinamica

TEMA 2. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA.

2.1 Definiciones. Trabajo, energía cinética y energía potencial.
2.2 Primer principio de la Termodinámica.
2.3 Trabajo de un sistema.
2.4 Análisis energético de ciclos.

2.1 Definiciones. Trabajo, energía cinética y energía potencial.

En el caso de un sistema termodinámico, el trabajo no es necesariamente denaturaleza puramente mecánica, ya que la energía intercambiada en las interacciones puede ser mecánica, eléctrica, magnética, química, etc. ..., por lo que no siempre podrá expresarse en la forma de trabajo mecánico.

Trabajo → W = ʃ F dS

La energía cinética es el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa dada desde el reposo hasta la velocidad que posee. Una vez conseguida esta energíadurante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su masa.

Energía cinética → Ec = ½ m c2

La energía potencial es la energía que mide la capacidad que tiene un sistema para realizar un trabajo en función de su posición.

Energía potencial → Ep = m g z

Un sistema realiza trabajo sobre un entorno cuando el único efecto sobre cualquier elemento externo alsistema podría haber sido la elevación de una masa.

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Existen varios tipos de transferencia de calor:

• Por conducción.
• Por convección.
• Por radiación.
Energía total = Energía interna + Energía cinética + Energía potencial
“La energía ni se crea ni se destruye, se transforma”.

2.2 Primer Principio de la Termodinámica.
La energía cinética y la energía potencialgravitatoria de un sistema pueden cambiar debido al trabajo realizado por fuerzas exteriores.
Un proceso adiabático es aquel que puede llevar a un sistema cerrado de un estado de equilibrio a otro y cuyas interacciones entre sistema y entorno sean exclusivamente en forma de trabajo.
Se pueden emplear muchos procesos adiabáticos distintos para unir dos estados determinados. Pero el valor del trabajoneto hecho por o sobre un sistema cerrado sometido a un proceso adiabático entre dos estados dados depende solamente de los estados inicial y final y no de los detalles del proceso adiabático. Este es el primer principio de la Termodinámica.
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Puesto que el trabajo neto es el mismo para todos los procesos adiabáticos en un sistema cerrado entre un par de puntos definidos, podemos deducir queel trabajo adiabático define la variación de energía.
La variación de la energía total de un sistema se considera debido a tres contribuciones macroscópicas:
• Variación de energía cinética asociada con el movimiento del sistema como un todo relativo a un sistema externo de coordenadas.
• Variación de energía potencial gravitatoria asociada con la posición del sistema como un todo en elcampo gravitatorio terrestre.
• Variación de energía interna del sistema.
∆E = ∆EC + ∆EP + ∆U
Un aspecto fundamental del concepto de energía es que esta se conserva. Para un sistema que experimenta exactamente el mismo cambio de energía durante los procesos no adiabáticos y el proceso adiabático, la energía neta transferida al sistema en cada uno de estos procesos debe ser la misma. Lainteracción térmica supone transferencia de energía. Además, la cantidad de energía Q transferida al sistema cerrado por otros métodos distintos del trabajo debe ser igual a la suma del cambio de energía del sistema y a la cantidad de energía transferida desde el sistema mediante trabajo.
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En régimen estacionario:
• Q12 y W12 no dependen del tiempo
• Si ∆E = 0 → Q12 = W12
Función deestado.
• Si W1a2 ≠ W1b2 y Q1a2 ≠ Q1b2; Depende del camino seguido. No son función de estado.

• ∆U1a2 = ∆U1b2; Depende del estado inicial y final, no del camino seguido.

2.3 Trabajo de un sistema.
Queremos calcular el trabajo realizado por un sistema cerrado que consiste en un gas contenido en un dispositivo cilindro – pistón, cuando el gas se expande.
Al aumentar el volumen,...