Primera ley de la termodinamica

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1° LEY DE LA TERMODINAMICA
La primera ley establece un balance de energía para un sistema determinado que permite definir que: “LA ENERGÍA NO SE CREA NI DESTRUYE, SOLAMENTE SE TRANSFORMA” Está basada en evidencias experimentales que no han podido ser desvirtuadas, por lo que debe considerarse como una prueba suficiente.

Prof. Carlos G Villamar L Universidad de los Andes. Facultad deIngeniería. Escuela de Ingeniería Mecánica. Mérida - Venezuela

PRIMERA LEY PARA CICLOS
Joule realizo el siguiente experimento para plantear la ecuación de primera ley de la Termodinámica para un ciclo. Sea un ciclo formado por dos procesos como se muestra en la figura.
Se introduce trabajo de agitación provocado por el movimiento del peso, sin que exista Transferencia de Calor el trabajo puedecalcularse como:

Agitador

GAS

W

W12 = m g (Z2 – Z1)
Prof. Carlos G Villamar L Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Mecánica. Mérida - Venezuela

El trabajo calculado constituye el cambio de energía potencial del bloque. Luego se quita el aislamiento y se introduce el sistema en un baño de agua de manera que el calor fluya hacia el ella.
TermómetroAgitador

δQ
AGUA

Mediante el termómetro se censa la variación de la temperatura del agua y por lo tanto puede calcularse el calor que ella absorbe como:

Q12 = magua CP agua ∆T
Se puede introducir diferentes cantidades de trabajo y por lo tanto rechazar diferentes cantidades de calor pero siempre ambas cantidades resultan iguales.
Prof. Carlos G Villamar L Universidad de los Andes.Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Mecánica. Mérida - Venezuela

Si Calor y Trabajo se expresan en las mismas unidades se puede establecer una ecuación que establece que el Calor neto y el Trabajo neto transferido en un ciclo son iguales.

Esto se conoce como la Primera Ley de la Termodinámica para ciclos.

δQ = ∫

δW ∫

Prof. Carlos G Villamar L Universidad de los Andes. Facultadde Ingeniería. Escuela de Ingeniería Mecánica. Mérida - Venezuela

PRIMERA LEY PARA PROCESOS
Sean dos ciclos formados cada uno como se muestra en la figura.
P A B C 1 V 2

Para ambos se ciclos se cumple la 1° Ley de la Termodinámica entonces, para cada uno se tiene
Prof. Carlos G Villamar L Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Mecánica. Mérida - Venezuela 1A 2

∫ δQ + ∫ δQ = ∫ δW + ∫ δW
2B 1 1A 2 2B 1

2

1

2

1

Res tan do

1A 1

∫ δQ + ∫ δQ = ∫ δW + ∫ δW
2C 1 1A 1 2C 1

2B

∫ δQ − ∫ δQ = ∫ δW − ∫ δW
2C 2B 2C

Agrupando los proceso tenemos
1 1 1

términos
1

para

cada

2B

∫ δQ − ∫ δW = ∫ δQ + ∫ δW
2B 2C 2C

o lo que es lo mismo

2B

∫ (δQ −δW) = ∫ (δQ − δW)
2C

1

1

Prof. Carlos GVillamar L Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Mecánica. Mérida - Venezuela

Esto implica que el termino δQ - δW no depende de la trayectoria por lo tanto es la diferencia de una función puntual o lo que es lo mismo constituye la variación de una propiedad. Esa propiedad se denomina la Energía de un sistema y se representa con la letra “E” Por tanto para un sistemacerrado que experimenta un proceso, la ecuación de la Primera ley de la Termodinámica se expresa como:

δQ - δW = dE
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La energía puede asociarse al marco coordenado: - Energía Cinética. - Energía Potencial. - Energía Interna, esta asociada a nivel molecular. Portanto la ecuación se expresa como:

δQ - δW = dEc + dEP + dEinterna
dE
Prof. Carlos G Villamar L Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Mecánica. Mérida - Venezuela

Eentra

1

2

Edo. 1

Esale

Edo. 2

Haciendo un balance de energía se tiene Ehay + Eentra = Esale + Equeda E1 + Eentra Si consideramos Eentra = Q = Esale + E2 Esale = W

Al...
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