Termodinamica

TERMODINAMICA
Termodinámica es la rama de la física que estudia la energía, la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo.
Está íntimamente relacionada con la mecánica estadística, de la cual se pueden derivar numerosas relaciones termodinámicas. La termodinámica estudia los sistemas físicos a nivel macroscópico, mientras que lamecánica estadística suele hacer una descripción microscópica de los mismos.
Problema 1
0,30 mol de un gas biatómico ideal, se encuentra inicialmente a una presión de 1,0 N/m2 ocupando un volumen de 500 cm 3.
Determinar el trabajo que debe realizarse sobre el gas para comprimirlo cuasi estáticamente sin intercambio de calor con el medio ambiente, hasta que su presión se triplique.
solución:En todo proceso que no exista intercambio de calor entre el sistema y el medio ambiente, se denomina proceso adiabático.
El trabajo que realiza un gas en un proceso adiabático es:


El gama de un gas biatómico es promedialmente 1,4 según se observa en la tabla 2 del desarrollo teórico. El problema está resuelto si podemos determinar el volumen molar final (vf).

La curva P = f(v) enun proceso adiabático responde a la ecuación:

por lo que podemos escribir:

despejando vf obtenemos:



El trabajo realizado es:



Problema 2
Se encierra un gas ideal en un recipiente a la presión “P”, ocupando un volumen “V”. Se calienta a volumen constante suministrándosele cierta cantidad de calor “Q” yel sistema alcanza la presión “Pf”. Luego se le calienta suministrándosele otra cantidad de calor “Q” igual a la anterior, manteniendo la presión constante y alcanza un volumen “Vf”.
Halle la expresión del cociente entre el calor específico a presión constante y el calor específico a volumen constante (g), a partir de las mediciones de: “P”; “Pf”; “V” y “Vf”.
Resolución:
El sistema se llevadesde un estado “A” a un estado “B”, manteniendo el volumen constante (proceso isométrico o isovolumétrico o también llamado isócoro).
El calor específico molar a volumen constante en este proceso es:



Luego el sistema es llevado del estado “B” al “C” a presión constante (proceso isobárico) y el calor específico molar a presión constante en este proceso es:


El cociente entreestos dos calores específicos es:



Como la cantidad de calor suministrada en cada proceso es igual, nos queda:

Por ser el gas ideal, su ecuación de estado es:



por lo que las temperaturas en cada estado es:



sustituyendo y simplificando nos queda:


Primera ley de la termodinámica
También conocido como principio de la conservación de la energía, estableceque si se realiza trabajo sobre un sistema, la energía interna del sistema variará. La diferencia entre la energía interna del sistema y la cantidad de energía es denominada calor. Fue propuesto por Antoine Lavoisier.
La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:
Eentra − Esale = ΔEsistema
En otras palabras: La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma.(conservación de la energía).

Aplicaciones de la Primera Ley:
Sistemas cerrados:
Un sistema cerrado es uno que no tiene entrada ni salida de masa, también es conocido como masa de control. El sistema cerrado tiene interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, así como puede realizar trabajo de frontera.
La ecuación general para un sistema cerrado (despreciando energía cinética ypotencial) es:
Q − W = ΔU
Donde Q es la cantidad total de transferencia de calor hacia o desde el sistema (positiva cuando entra al sistema y negativa cuando sale de éste), W es el trabajo total (negativo cuando entra al sistema y positivo cuando sale de éste) e incluye trabajo eléctrico, mecánico y de frontera; y U es la energía interna del sistema.
Sistemas abiertos
Un sistema abierto es aquel...