Primera Ley De La Termodinamica
Páginas: 9 (2189 palabras)
Publicado: 23 de septiembre de 2012
La primera ley de la termodinámica
La primera ley de la termodinámica establece que durante cualquier ciclo que experimente un sistema (masa de control), la integral cíclica del calor es proporcional a la integral cíclica del trabajo.
A través del tiempo, el trabajo se ha medido en unidades mecánicas de fuerza por distancia, como pies libra fuerza o joules, y el calor se ha medido enunidades térmicas, como la unidad térmica británica o la caloría. Se hicieron mediciones del trabajo y el calor durante un ciclo para muchos sistemas y para diversas cantidades de trabajo y calor. Cuando se compararon las cantidades de trabajo y calor, se encontró que siempre eran proporcionales. Estas observaciones llevaron levaron a la formulación de la primera ley de la termodinámica que , en forma deecuación, se representa como :
JδQ=δW
El símbolo δQ, que se conoce como integral cíclica de la transferencia de calor, representa la transferencia de calor neta durante el ciclo y δW, la integral cíclica del trabajo representa el trabajo neto durante el ciclo. Aquí, J, es un factor de proporcionalidad que depende de las unidades que se utilicen para trabajo y calor.
Muchas veces interesaun proceso más que un ciclo, ahora se considerará la primera ley de la termodinámica para una masa de control que experimenta un cambio de estado. Se empieza introduciendo una nueva propiedad, la energía, a la que se le da el símbolo E. Considere un sistema que experimenta un ciclo en donde cambia del estado 1 al 2ª través del proceso A y que vuelve del estado 2 al estado 1 por el proceso B.
Alconsiderar los 2 procesos separados se tiene:
12δQA+21δQB= 12δWA+21δWB
Ahora considere otro ciclo en donde la masa de control cambia del estado 1 al estado 2 por el proceso C y vuelve al estado 1 por el proceso B, como anteriormente. Para este ciclo se puede escribir:
12δQC+21δQB=12δWC+21δWB
Al restar la segunda de estas ecuaciones de la primera se tiene:
12δQA+12δQC=12δWA+12δWC
Oreordenando:
12δQ-δQA=12δQ-δWC
Como A y C representan procesos arbitrarios entre los estados 1 y 2, la cantidad δQ- δW es la misma para todos los procesos entre los estados 1 y 2. Por lo tanto, δQ-δW depende solamente de los estados inicial y final y no de la trayectoria seguida entre los 2 estados. Se concluye que esta es una función punto y, por lo tanto, es la diferencial de una propiedad de la masa.Esta propiedad es la energía de la masa y se representa por el símbolo E. Así se puede escribir:
dE=δQ-δW
δQ=dE+δW ec4
Como E es una propiedad, su derivada se representa como dE. Cuando la ecuación 4 se integra, desde el estado inicial 1 a un estado final 2, se tiene:
1 Q2=E2-E1+1 W2
donde E1 y E2 son los valores inicial y final de la energía E de la masa de control, 1 Q2 es elcalor transferido a la masa de control durante el proceso desde el estado 1 al estado 2 y 1 W2 es el trabajo realizado por la masa de control durante el proceso. El significado físico de la propiedad E es que representa toda la energía del sistema en el estado determinado. Esta energía puede estar presente en diversas formas, como energía cinética o potencial del sistema completo, con respecto almarco de coordenadas que se elige, la energía asociada con el movimiento y la posición de las moléculas, la energía asociada con la estructura del átomo, la energía química presente en un acumulador, la energía presente en un condensador cargado o en cualquier otra forma.
En el estudio de la termodinámica, es conveniente considerar la energía cinética y la energía potencial por separado y despuésconsiderar todas las otras formas de energía de la masa de control en una sola propiedad que se llama energía interna, y a la cual se le da el símbolo U. Así pues se escribiría:
E=Energia interna+Energia cinetica+Energia potencial
O bien
E=U+EC+EP
La energía potencial y la energía cinética de la masa de control están asociadas con el marco de coordenadas que se elige y se puede especificar...
La primera ley de la termodinámica establece que durante cualquier ciclo que experimente un sistema (masa de control), la integral cíclica del calor es proporcional a la integral cíclica del trabajo.
A través del tiempo, el trabajo se ha medido en unidades mecánicas de fuerza por distancia, como pies libra fuerza o joules, y el calor se ha medido enunidades térmicas, como la unidad térmica británica o la caloría. Se hicieron mediciones del trabajo y el calor durante un ciclo para muchos sistemas y para diversas cantidades de trabajo y calor. Cuando se compararon las cantidades de trabajo y calor, se encontró que siempre eran proporcionales. Estas observaciones llevaron levaron a la formulación de la primera ley de la termodinámica que , en forma deecuación, se representa como :
JδQ=δW
El símbolo δQ, que se conoce como integral cíclica de la transferencia de calor, representa la transferencia de calor neta durante el ciclo y δW, la integral cíclica del trabajo representa el trabajo neto durante el ciclo. Aquí, J, es un factor de proporcionalidad que depende de las unidades que se utilicen para trabajo y calor.
Muchas veces interesaun proceso más que un ciclo, ahora se considerará la primera ley de la termodinámica para una masa de control que experimenta un cambio de estado. Se empieza introduciendo una nueva propiedad, la energía, a la que se le da el símbolo E. Considere un sistema que experimenta un ciclo en donde cambia del estado 1 al 2ª través del proceso A y que vuelve del estado 2 al estado 1 por el proceso B.
Alconsiderar los 2 procesos separados se tiene:
12δQA+21δQB= 12δWA+21δWB
Ahora considere otro ciclo en donde la masa de control cambia del estado 1 al estado 2 por el proceso C y vuelve al estado 1 por el proceso B, como anteriormente. Para este ciclo se puede escribir:
12δQC+21δQB=12δWC+21δWB
Al restar la segunda de estas ecuaciones de la primera se tiene:
12δQA+12δQC=12δWA+12δWC
Oreordenando:
12δQ-δQA=12δQ-δWC
Como A y C representan procesos arbitrarios entre los estados 1 y 2, la cantidad δQ- δW es la misma para todos los procesos entre los estados 1 y 2. Por lo tanto, δQ-δW depende solamente de los estados inicial y final y no de la trayectoria seguida entre los 2 estados. Se concluye que esta es una función punto y, por lo tanto, es la diferencial de una propiedad de la masa.Esta propiedad es la energía de la masa y se representa por el símbolo E. Así se puede escribir:
dE=δQ-δW
δQ=dE+δW ec4
Como E es una propiedad, su derivada se representa como dE. Cuando la ecuación 4 se integra, desde el estado inicial 1 a un estado final 2, se tiene:
1 Q2=E2-E1+1 W2
donde E1 y E2 son los valores inicial y final de la energía E de la masa de control, 1 Q2 es elcalor transferido a la masa de control durante el proceso desde el estado 1 al estado 2 y 1 W2 es el trabajo realizado por la masa de control durante el proceso. El significado físico de la propiedad E es que representa toda la energía del sistema en el estado determinado. Esta energía puede estar presente en diversas formas, como energía cinética o potencial del sistema completo, con respecto almarco de coordenadas que se elige, la energía asociada con el movimiento y la posición de las moléculas, la energía asociada con la estructura del átomo, la energía química presente en un acumulador, la energía presente en un condensador cargado o en cualquier otra forma.
En el estudio de la termodinámica, es conveniente considerar la energía cinética y la energía potencial por separado y despuésconsiderar todas las otras formas de energía de la masa de control en una sola propiedad que se llama energía interna, y a la cual se le da el símbolo U. Así pues se escribiría:
E=Energia interna+Energia cinetica+Energia potencial
O bien
E=U+EC+EP
La energía potencial y la energía cinética de la masa de control están asociadas con el marco de coordenadas que se elige y se puede especificar...
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