Fisica II termodinamica

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

La primera ley de la termodinámica, es un caso especial de la ley de conservación de energía que describe procesos que solo cambian la energía
interna5 y las únicas transferencias de energía son mediante calor y trabajo:

Eint = Q +W

Una consecuencia importante de la primera ley de la termodinámica es que existe una cantidad conocida como energía interna cuyovalor está determinado por el estado del sistema. Por lo tanto, la energía interna es una variable de estado similar a la presión, volumen y temperatura.
Cuando un sistema se somete a un cambio infinitesimal de estado en el que una cantidad pequeña de energía dQ se transfiere mediante calor y una cantidad pequeña de trabajo dW se invierte, la energía interna cambia en una cantidad pequeña dEint.Debido a eso para procesos infinitesimales es posible expresar la primera ley como:

dE int =dQ + dW

A continuación se investigan algunos casos especiales en los que se aplica la primera ley.
Primero, considere un sistema aislado, que no interactúa con sus alrededores. En este caso, no tiene lugar la transferencia de energía por calor y el trabajo consumido en el sistema es cero; por tanto, laenergía interna permanece constante. Es decir, ya Q = W = 0, se sigue que Eint = 0; en consecuencia, Eint,i = Eint,f . Se concluye que la energía interna Eint de un sistema aislado permanece constante.
A continuación, considere el caso de un sistema que intercambia energía con sus alrededores y se lleva a través de un proceso cíclico, que comienza y termina en el mismo estado.
En este caso, el cambioen la energía interna de nuevo debe ser cero porque Eint es una variable de estado; por lo tanto, la energía Q agregada al sistema debe ser igual al negativo del trabajo W consumido en el sistema durante el ciclo. Es decir, en un proceso cíclico,

Eint = 0 y Q = -W (proceso cíclico)

En un diagrama PV, un proceso cíclico aparece como una curva cerrada. (Los procesos descritos en la figura 20.5 serepresentan mediante curvas abiertas, porque los estados inicial y final difieren.) Se puede demostrar que, en un proceso cíclico, el trabajo neto invertido en el sistema por cada ciclo es igual al área encerrada por la trayectoria que representa el proceso en un diagrama PV.




APLICACIONES DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

Antes de aplicar la primera ley de la termodinámica a sistemasespecíficos, es útil definir primero algunos procesos termodinámicos idealizados. Un proceso adiabático es aquel durante el cual no entra ni sale energía del sistema por calor; Q = 0. Un proceso adiabático se puede lograr al aislar térmicamente las paredes del sistema o al realizar el proceso rápidamente de modo que haya un tiempo despreciable para que la energía se transfiera por calor. Al aplicar laprimera ley de la termodinámica a un proceso adiabático se obtiene:

Eint = W (proceso adiabático)

Este resultado muestra que si un gas se comprime adiabáticamente de modo que W sea positivo, en tal caso Eint es positivo y la temperatura del gas aumenta. Por lo contrario, la temperatura de un gas disminuye cuando el gas se expande adiabáticamente.
Los procesos adiabáticos son muy importantesen la práctica ingenieril. Algunos ejemplos comunes son la expansión de los gases calientes en un motor de combustión interna, la licuefacción de los gases en un sistema de enfriamiento y la carrera de compresión en un motor diésel.
El proceso, llamado expansión adiabática libre, es único.
El proceso es adiabático porque tiene lugar en un contenedor aislado. Ya que el gas se expande en un vacío, noaplica una fuerza sobre un pistón, de modo que no se consume trabajo en o por el gas. En consecuencia, en este proceso adiabático, tanto Q = 0 como W = 0. Como resultad, Eint = 0 para este proceso, como se puede ver a partir de la primera ley. Es decir: las energías internas inicial y final de un gas son iguales en una expansión adiabática libre.

Proceso isobárico

W = -P (Vf - Vi)...