Primera ley de termodinamica
Páginas: 9 (2225 palabras)
Publicado: 28 de junio de 2011
8: PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
8.1 INTRODUCCIÓN
En general, es característico de los organismos vivos y de las máquinas el intercambio de energía con su medio ambiente. Por ejemplo, en las llamadas máquinas térmicas, el vapor caliente puede levantar un pistón o hacer girar una turbina, y con ello, transferir energía a un sistema mecánico
La termodinámica es la parte de lafísica que estudia el intercambio de energía entre un sistema y el medio que lo rodea, mediante una transferencia de calor y / o la realización de un trabajo mecánico.
Las leyes fundamentales de la termodinámica se aplican tanto a los organismos vivos como a las máquinas térmicas, como el caso de un automóvil. Aquí aplicaremos la primera ley de la termodinámica a sistemas que siguenprocesos termodinámicos sencillos, particularmente a procesos en los cuales el sistema es un gas ideal.
8.2 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La primera ley de la termodinámica es la ley de conservación de la energía aplicada a sistemas termodinámicos. Expresada matemáticamente:
[pic] (8.1)Donde:
Q, es la cantidad de calor que gana (o pierde) el sistema.
(U, es la variación en la energía interna del sistema, y
W, es el trabajo realizado por (o hecho sobre) el sistema.
En la ec. (6.1), se considera la siguiente convención de signos:
Un valor positivo del calor (+Q) significa que el sistema gana calor y un valor negativo, (-Q), que el sistema pierdecalor.
Un valor positivo del trabajo (+W) significa que el sistema realiza el trabajo y un valor negativo (-W), que se ha hecho trabajo sobre el sistema. Ver fig. 8.1.
8.3 PROCESOS TERMODINÁMICOS
Un proceso termodinámico es un cambio de estado, es decir, es un proceso en el cual varían las magnitudes termodinámicas que describen el sistema, (p, V, T, U).
Los procesostermodinámicos pueden ser reversibles o irreversibles. En los procesos reversibles se conocen en cada instante los valores de las magnitudes termodinámicas (coordenadas termodinámicas); esto nos permite representar gráficamente las “trayectorias” de los diferentes procesos seguidos por el sistema (Gráficas P Vs V, P Vs T, etc). En los procesos irreversibles solamente se conocen los valores de lasmagnitudes termodinámicas en los estados inicial y final, pero no de los estados intermedios.
Nosotros estamos interesados en cuatro procesos termodinámicos reversibles sencillos y aplicados a gases ideales.
8.4 ECUACIÓN DE ESTADO DEL GAS IDEAL
Para describir las condiciones en que se encuentra un determinado material (sólido o fluido) se utilizan magnitudes físicas como presión,volumen, temperatura y cantidad de sustancia. Estas magnitudes físicas se conocen como coordenadas de estado y las ecuaciones que expresan la relación entre ellas se denomina Ecuación de Estado.
La ecuación de estado del gas ideal es:
pV = nRT, (8.2)
Donde, p y T son la presión y temperatura absolutas, expresadosen Pa y °K, V el volumen en m3, n, es la cantidad de sustancia expresado en número de moles y R = 8,31 J/mol°K, es la constante universal de los gases.
Una relación equivalente a la ec. (8.2), es:
PV = NKBT (8.3)
Donde, N, es el numero de moléculas y KB = 1,38 x10-23J/molécula°K, es la constante de Boltzman.La masa del gas se puede expresar en dos formas equivalentes:
m = nM = Nmo
Donde,
M es la masa molar o la masa de un mol y mo, la masa de una molécula.
Teniendo en cuenta que, n, R, N y KB, son constantes, las ecs. (8.2) y (8.3) se pueden escribir así:
[pic] (8.4)
Ésta relación se conoce...
8.1 INTRODUCCIÓN
En general, es característico de los organismos vivos y de las máquinas el intercambio de energía con su medio ambiente. Por ejemplo, en las llamadas máquinas térmicas, el vapor caliente puede levantar un pistón o hacer girar una turbina, y con ello, transferir energía a un sistema mecánico
La termodinámica es la parte de lafísica que estudia el intercambio de energía entre un sistema y el medio que lo rodea, mediante una transferencia de calor y / o la realización de un trabajo mecánico.
Las leyes fundamentales de la termodinámica se aplican tanto a los organismos vivos como a las máquinas térmicas, como el caso de un automóvil. Aquí aplicaremos la primera ley de la termodinámica a sistemas que siguenprocesos termodinámicos sencillos, particularmente a procesos en los cuales el sistema es un gas ideal.
8.2 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La primera ley de la termodinámica es la ley de conservación de la energía aplicada a sistemas termodinámicos. Expresada matemáticamente:
[pic] (8.1)Donde:
Q, es la cantidad de calor que gana (o pierde) el sistema.
(U, es la variación en la energía interna del sistema, y
W, es el trabajo realizado por (o hecho sobre) el sistema.
En la ec. (6.1), se considera la siguiente convención de signos:
Un valor positivo del calor (+Q) significa que el sistema gana calor y un valor negativo, (-Q), que el sistema pierdecalor.
Un valor positivo del trabajo (+W) significa que el sistema realiza el trabajo y un valor negativo (-W), que se ha hecho trabajo sobre el sistema. Ver fig. 8.1.
8.3 PROCESOS TERMODINÁMICOS
Un proceso termodinámico es un cambio de estado, es decir, es un proceso en el cual varían las magnitudes termodinámicas que describen el sistema, (p, V, T, U).
Los procesostermodinámicos pueden ser reversibles o irreversibles. En los procesos reversibles se conocen en cada instante los valores de las magnitudes termodinámicas (coordenadas termodinámicas); esto nos permite representar gráficamente las “trayectorias” de los diferentes procesos seguidos por el sistema (Gráficas P Vs V, P Vs T, etc). En los procesos irreversibles solamente se conocen los valores de lasmagnitudes termodinámicas en los estados inicial y final, pero no de los estados intermedios.
Nosotros estamos interesados en cuatro procesos termodinámicos reversibles sencillos y aplicados a gases ideales.
8.4 ECUACIÓN DE ESTADO DEL GAS IDEAL
Para describir las condiciones en que se encuentra un determinado material (sólido o fluido) se utilizan magnitudes físicas como presión,volumen, temperatura y cantidad de sustancia. Estas magnitudes físicas se conocen como coordenadas de estado y las ecuaciones que expresan la relación entre ellas se denomina Ecuación de Estado.
La ecuación de estado del gas ideal es:
pV = nRT, (8.2)
Donde, p y T son la presión y temperatura absolutas, expresadosen Pa y °K, V el volumen en m3, n, es la cantidad de sustancia expresado en número de moles y R = 8,31 J/mol°K, es la constante universal de los gases.
Una relación equivalente a la ec. (8.2), es:
PV = NKBT (8.3)
Donde, N, es el numero de moléculas y KB = 1,38 x10-23J/molécula°K, es la constante de Boltzman.La masa del gas se puede expresar en dos formas equivalentes:
m = nM = Nmo
Donde,
M es la masa molar o la masa de un mol y mo, la masa de una molécula.
Teniendo en cuenta que, n, R, N y KB, son constantes, las ecs. (8.2) y (8.3) se pueden escribir así:
[pic] (8.4)
Ésta relación se conoce...
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