termodinamica

1. Unidad 3: la primera ley de la termodinamica

3.1 trabajo de frontera móvil.
W=Fdcos 0
δw= Fdcos0
δw= PAds
∫dw=
Wb=              
Donde; P=f(v)
δw= fuerza de trayectoria
                                                               dt= función de estado.

Función de estado: es aquella que nada más depende del inicio y final y no depende de cómo se llego.
Al inicio de undispositivo de cilindro embolo contiene .4 m3 de aire a 100kpa y 80 ºC. Se comprime el are a .1m3 de tal manera que la temperatura dentro del cilindro permanece constante. Determine el trabajo echo durante este proceso.


v2=.1m3
¿wb?

Wb=
Donde; p=f(v)




 La ecuación para el aire, siendo un gas ideal.
    Pv= nRuT 
    P= nRuT/v    ;    n= pv/RuT

Wb=
      =nRuT  ln v2                       v1

      =nRuT ln   v2/v1  

Trabajo de frontera 
Wb=p1v1/RuT   (RuT ln  v2) = p1v1 ln v2/v1 = p2v2 ln v2/v1
                                      v1
 Wb= 100kpa (.m3) ln  .1m3/.4m3
       =-55.45 KJ
El signo negativo indica que solo se utiliza en una entrada de trabajo, que siempre es en el caso de la compresión.





Calor.
             ∆T                              forma finita= Q=mc∆T (J)
Q=         m                               forma infinitesimal=δQ=mcd  (J)
              Sustancia calor específico (C)
Capacidad calorífica   
c=Q/m∆T      (J/Kg.ºC)=J/Kg.K
otras formulas.
Q=nMc∆T    donde Mc= c (capacidad calorífica molar) 
Q=nc ∆T    donde  c  se mide en J/mol.K


Liquido-vapor. Q=mLv  (vapor latente vaporización)    vapor-liquido.Q= -mLvSolido-liquido.Q=mLf    (vapor latente de fusión)          liquido-solido.Q= -mLF

Una varilla gruesa de cobre de 2kg incluida su tapa esta una temperatura 150ºC. Ud. Vierte en ella .10 kg de agua a 25ºC y rápidamente tapa la olla para que no pueda escapar el vapor, calcule la temperatura final del vapor u de su contenido, y determine la fase del agua.  Suponga que no se pierde calor al entorno. Calor especificodel cobre 390 J/Kg.K, calor especifico del agua 4190 J/Kg.k, calor latente de vaporización 2.256 x 10-6 J/Kg.
-Qcv=Qagua
a¿)diciendo que nada del agua  hierve y la T será menor a 100ºC
¿¿) una parte del agua hierve a T=100ºC
¿¿¿) el agua se evapora por completo a T=100ºC o mucho mas.
si -Qcv=Qagua esto es equivalente a:
-mCU CCU(T-TCU)=ma Ca(T-Ta) sustituyendo valores.
-2kg (390J/Kg. ºC)(T-150)ºC= .10Kg(4190J/Kg. ºC)(T-25ºC)
-780J/ºC (T-150ºC)=419J/ºC (T-25ºC)
-780 T J/ºC+ 117000J= 419T J/ºC-10475J
117000+10475=(419+780) T
T=127,475/1199= 106.31 ºCº
Cuando una parte del agua hierve a 100ºc
-mCU CCU(T-TCU)=ma Ca(T-Ta) + X maLv   sustituyendo valores.
-2kg (390J/Kg. ºC) (100-150)ºC= .10Kg(4190J/Kg. ºC)(100-25ºC) + X .10(2.256x10-6)
39000=31425+X (2.256x10-7)39000-31425/2.256x10-7= X=.034kg
La parte de agua que hierve a T=100º 3.4g de esta se evapora.






En cierta estufa de gasolina para acampar 30% de la energía liberada al quemar el combustible calienta el agua de la olla en la estufa. Si calentamos 1lt de agua de 20 a 100 ºC y evaporamos ¼ de ella, ¿Cuánta gasolina habremos quemado?
1 gramo de gasolina libera 46,000J.
Q1 = mc∆T sustituyendo valoresQ1 = (1 Kg) (4190 J/Kg*oC)(100 - 20)oC
Q1 = (4190 J)(80)
Q1 = 335200 J
Q2 = (mLv)/4
Q2 = (1/4 Kg) (2.256 x 106 J/Kg)
Q2 = 564000 J
QT = Q1 + Q2
QT = 335200 J + 546000 J
QT = 899200 J               30%
2997333.333 J             100%

         1 gr               46000 J
         x gr               2997333.333 J
x = 65.16 grs de gasolina producen el 100 % de calor requerido.


Balancede energía para sistemas cerrados.
Energía entrada – Energía salida  =  ∆Energía sistema.

                Calor y trabajo.                     Energía interna.
                                                             Energía cinética.
                                                              Energía potencial.
Q     W = ∆U (KJ)
dq       dw = du
q – w = ∆u (KJ/Kg) ...