Estudiante

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ
Facultad de Ingeniería Civil


Termodinámica


Ficha n°2
Primera ley de la termodinámica



Preparado por:
David Cordón



PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
2.1 Definición de trabajo
 "La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma"
La cantidad de trabajo hecho sobre un objeto está definida como el producto de la altura (h) a la quees elevado por peso de este (mg). Esta definición fue extendida por Gaspard de Coriolis, quien proporcionó la actual definición de trabajo W:
W= mgh

La cantidad de trabajo hecho sobre un objeto es igual a la fuerza ejercida en él por la distancia en la que es movido en la dirección de la fuerza o el producto de la fuerza por el desplazamiento del punto sobre el cual actúa la fuerza.
Eltrabajo se realiza sobre una fuerza sobre un cuerpo sólo cuando el punto de aplicación de la fuerza se mueve a través de una distancia y existe un componente de la fuerza a lo largo de la línea de movimiento.
2.1.1 Trabajo de Compresión de Sólidos y Líquidos
En general para un sistema estable, la comprensibilidad es un número positivo, lo que significa que cuando se aumenta la presión sobre elsistema, este disminuye su volumen. El caso contrario se puede observar en sistemas inestables por ejemplo en un sistema químico cuando la presión inicia una explosión. Los sólidos a nivel molecular son muy difíciles de comprimir, ya que las moléculas que tienen los sólidos están muy pegadas y existe poco espacio libre entre ellas como para acercarlas sin que aparezcan fuerzas de repulsión fuertes. Loslíquidos bajo condiciones de temperatura y presión normales son también bastante difíciles de comprimir aunque presenta una pequeña compresibilidad mayor que la de los sólidos.
2.1.2 Experimentos de Joule
Los estudios decisivos que condujeron a establecer la equivalencia entre el trabajo mecánico y el calor fueron realizados en 1840 por James Joule en la Gran Bretaña.
Joule propuso undispositivo que consistía de un eje rotatorio dotado de una serie de paletas girado entre cuatro conjuntos de paletas estacionarias. El propósito de estas paletas era agitar el líquido que se colocaba en el espacio libre entre ellas. El eje se conectaba mediante un sistema de poleas y cuerdas muy finas a un par de masas de peso conocido.
El experimento consistía en enrollar la cuerda sujetando las masassobre las poleas hasta colocarlas a una altura determinada del suelo. Al dejar caer las masas, el eje giraba lo cual a su vez generaba una rotación de los brazos revolventes agitando el líquido contenido en el recipiente. Este proceso se repetía veinte veces y se medía la temperatura final del líquido agitado. Las paredes del recipiente eran herméticas y estaban fabricadas de una madera muygruesa para simular una pared adiabática. Después de una repetición cuidadosa Joule concluyó que la cantidad de calor producida por la fricción entre los cuerpos, sean líquidos o sólidos siempre es proporcional a la cantidad de trabajo mecánico suministrado.
Sus experimentos fueron repetidos en diferentes sustancias, tabulando los valores obtenidos de fuerza mecánica, para elevar la temperatura de unvolumen conocido de sustancia.
2.2 Definición de calor
El calor está definido como la forma de energía que se transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayortemperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la...