Curso De Termodin Mica Clase 3

Curso de Termodinámica
Clase III
Propedéutico del Posgrado en Ciencias Físicas.
Profesor:
Luis Armando Acosta Sánchez. acosta@fisica.unam.mx
Ayudantes:
Julián Mejía Morales. julianmejia@fisica.unam.mx
Ruslan David Lavin Pérez. rlavinp89@gmail.com
https://www.dropbox.com/sh/fp7grdnx6o7bysw/AABwSLXNS2g7AeolJprFvB8Xa?dl=0
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Temario
http://www.posgrado.fisica.unam.mx/node/TemariosAdmision
3.Primera ley y procesos cíclicos.
1.
2.
3.

Variables de estado y procesos cíclicos.
Procesos: isotérmico, isocórico, isobárico, adiabático, etc.
Ciclo de Carnot.

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Transformación de calor en trabajo y
viceversa.
• Si se frotan entre sí dos piedras debajo del agua, el trabajo
realizado se transforma en energía interna que tiende a
producir una elevación de temperatura en ellas.
• Sin embargo, tanpronto como la temperatura de dichas
piedras en superior a la del agua que las rodea, hay un flujo
calorífico hacia el agua.
• Si la masa de esta es muy grande (o fluye), no se apreciará
la elevación de temperatura (agua = foco calorífico).
• Como el estado de las piedras es el mismo al final que al
principio del proceso, el resultado es simplemente la
conversión de trabajo mecánico en calor.
3Transformación de calor en trabajo y
viceversa.

• Análogamente, si se hace circular una corriente eléctrica
por una resistencia sumergida en agua, hay transformación
de trabajo eléctrico en calor, sin modificación de las
variables termodinámicas del hilo que forma la resistencia.
• En general, puede efectuarse trabajo W sobre un sistema
en contacto con un foco, dando origen a un flujo calorífico
Qsin alterar el estado del sistema (sistema =
intermediario).
• Es evidente, (según el 1er. Principio) que el trabajo W es
igual al calor Q i.e., la transformación se realiza con un
rendimiento del 100%. Además la transformación puede
continuar indefinidamente.

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Transformación de calor en trabajo y
viceversa.
• Para el fenómeno inverso (Calor en Trabajo) se esperarían
las mismas circunstancias…• En principio, pudiera parecer que la expansión isotérmica
de un gas ideal es un proceso adecuado para considerarlo
en el estudio de la transformación de calor en trabajo.
• En este caso (como hemos visto) no hay variación de la
energía interna, ya que T permanece constante, y por
consiguiente W = Q, o sea el calor se convierte
íntegramente en trabajo.

• Este proceso, sin embargo, supone uncambio de estado del
gas. V aumenta y P disminuye hasta alcanzar la presión
atmosférica, deteniéndose el proceso. No puede por ello
realizarse indefinidamente.
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Transformación de calor en trabajo y
viceversa.
• Se requiere entonces, una serie de procesos, mediante los cuales el
sistema sea llevado de nuevo a su estado inicial, es decir, un ciclo.
• Para un ciclo completo se adopta la siguientenotación:
– QH = cantidad de calor absorbida por el sistema;
– QC = cantidad de calor cedida por el sistema;
– W= trabajo neto realizado sobre el sistema.

• Tanto QH como QC se definen como números positivos. Si QH es
mayor que QC y si W es realizado por el sistema, el dispositivo
mecánico mediante el cual, el sistema es obligado a recorrer el
ciclo, se denomina, motor térmico.
• El objeto de unmotor térmico es proporcionar continuamente
trabajo al exterior, realizando una y otra vez el mismo ciclo.

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Transformación de calor en trabajo y
viceversa.
•

El trabajo neto de un ciclo es la energía suministrada al exterior, y el calor adquirido por la sustancia que trabaja es
la energía absorbida. El rendimiento térmico Ƞ del motor se define así:
Ƞ = trabajo producido/calor absorbido.

o sea
Ƞ= W/QH
•

Si aplicamos el primer principio a un ciclo completo, y recordando que no hay variación de energía interna, se
obtiene:
QH − QC = W,

Y por tanto,
Ƞ = (QH − QC)/QH,
o sea
Ƞ = 1 − (QC/QH)
•

Se deduce de esta ecuación que Ƞ será igual a la unidad (rendimiento del 100 %) cuando QC sea nulo.

•

En otras palabras, si puede construirse un motor que funcione periódicamente de modo que no...