PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
OBJETIVO
Aplicar la primera Ley de la Termodinámica para
calcular el calor y el trabajo en diferentes procesos.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA




La variación de energía de un sistema
termodinámico cerrado es igual a la
diferencia entre la cantidad de calor y
la cantidad de trabajo intercambiados
por el sistema con sus alrededores.
En su forma matemática mássencilla
se puede escribir para cualquier
sistema cerrado:

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA


Donde

Conceptos importantes
Sistema: Toda parte del universo que es objeto de estudio
Tipos de sistemas:
1-Sistema Abierto, es que intercambia masa y energía con los
alrededores
2-Sistema Cerrado, es el que solo intercambia energía (calor o
trabajo) con los alrededores
3-Sistema Aislado, no intercambiami masa ni energía con los
alrededores.

CONCEPTOS IMPORTANTES





Energía interna , es la energía de las
moléculas que conforman un sistema.
Trabajo termodinámico
El trabajo es una transferencia de
energía a través de la frontera de un
sistema asociada a un cambio en las
variables macroscópica

TRABAJO TERMODINÁMICO


El concepto de trabajo en
termodinámica es una generalización
de lacorrespondiente definición de
trabajo en mecánica. Cuando tenemos
una fuerza F actuando sobre una
partícula, de forma que ésta se
desplaza una cantidad dx en la
dirección de la fuerza, el trabajo
realizado es igual a :

TRABAJO TERMODINÁMICO

Este concepto se extiende de forma inmediata al trabajo
sobre un fluido (líquido o gas). Supongamos que tenemos un
gas limitado por una frontera móvil, como unémbolo, sobre
la cual se aplica una presión pext. La fuerza ejercida sobre el
émbolo será
Mientras que la variación en el volumen del fluido es
proporcional al desplazamiento del pistón

TRABAJO TERMODINÁMICO


De tal manera que:



Convención:
Si el sistema absorbe calor este es positivo
Si el sistema libera calor este es negativo
Si se hace trabajo sobre el sistema este es
negativo.
Si elsistema hace trabajo sobre sus
alrededores , este es positivo.







TRABAJO EN PROCESOS
TERMODINÁMICOS








Proceso cuasi estático : proceso que ocurre
suponiendo que el sistema se encuentra en
equilibrio mientras se realiza trabajo.
Si consideramos como sistema un gas ideal,
entonces podemos definir lo siguiente:
Trabajo en un proceso a expansión
libre, es decir cuando la presiónexterna al
sistema es nula, entonces :

TRABAJO EN PROCESOS TERMODINÁMICOS







Trabajo en un proceso Isóbaro
Como P = constante, entonces:

Trabajo en proceso Isócoro
Como V= constante, entonces:

TRABAJO EN PROCESOS TERMODINÁMICOS


Trabajo en un proceso Isotermo

Si se conoce la presión y el volumen inicial se
puede expresar


Considerando la Ley de Boyle se puede escribir

DIAGRAMASP-V
PROCESO ISÓCORO

DIAGRAMAS P-V
PROCESO ISÓBARO

DIAGRAMAS P-V
PROCESO ISOTERMO

FUNCIONES DE ESTADO Y FUNCIONES DE
TRAYECTORIA




Función de Estado: Es aquella que
solo depende del valor inicial y del
valor final, ejemplos : Energía interna
Función de Trayectoria: Es aquella
que depende del camino seguido para
llegar de un estado inicial a un estado
final de un sistema, ejemplos: el calory
el trabajo.

EJEMPLOS DE DIAGRAMAS PV
Proceso Isóbaro seguido de
proceso Isócoro

Proceso Isócoro seguido de
proceso Isóbaro

EJEMPLOS DE DIAGRAMAS PV
Proceso isotermo

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA EN UN
PROCESO ADIABÁTICO
En un proceso adiabático Q = 0, luego se tiene:
U = 0-W = -W
Para un gas ideal en expansión libre ( P= O),
W= 0, por lo tanto :
U 0
Pero como Q = 0, entonces
Laenergía interna de un gas ideal depende solo de
la temperatura, si T es constante , entonces :



U 0
Para un gas no ideal en expansión libre hay
cambio de temperatura, no obstante U se
mantiene constante

DIAGRAMA DE UN PROCESO
ADIABÁTICO.

EJEMPLOS
1)

2)

Obtener el trabajo realizado por un mol de
un gas ideal que se mantiene a 0°C, durante
una expansión de 3 litros a 10 litros.
Una muestra de...