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Primera ley de la termodinámica
 

Primera ley de la termodinámica

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  • con respecto a la primer ejercicio de termodinámica esta mal resuelto ya que el trabajo se ejerce sobre el sistema por lo cual es positivo, luego para la formula del calor debería ser de la siguiente manera :
    Q= U-W y de esa manera si resultarían -720 J
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    Primera ley de la termodinámica Primera ley de la termodinámica Presentation Transcript

    • Termodinámica LUIS ARCE TORRES
    • Teoría del Calórico Equilibrio térmico, dos cuerpos con diferente temperatura se ponen en contacto, luego de cierto tiempo alcanzan la misma temperatura. La transmisión de energía lo denominaron calórico, pero mas tarde lo cambiaron por forma de energía.
    • Calor es la energía que se transmite de un cuerpo a otro, en virtud únicamente de una diferencia de temperatura entre ellos. Calor es Energía
    • Experimento de Joule Un recipiente aislado térmicamente contiene una cierta cantidad de agua, con un termómetro para medir su temperatura, un eje con unas paletas que se ponen en movimiento por la acción de una pesa, tal como se muestra en la figura.
    • La pesa, que se mueve con velocidad prácticamente constante, pierde energía potencial. Como consecuencia, el agua agitada por las paletas se calienta debido a la fricción. Joule encontró que la disminución de energía potencial es proporcional al incremento de temperatura del agua. La constante de proporcionalidad (el calor específico de agua) es igual a 4.186 J/(g ºC). 1 cal=4.186 J
    • Unidades de Calor Una vez establecido que el calor es una forma de energía, es obvio que una cierta cantidad de calor debe medirse en unidades energéticas. S.I = Calor = Joules 1 Caloría = 4.18 Joules
    • Transmisión De Calor
    • Conducción Mecanismo de transferencia de energía térmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus partículas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la Tº de los cuerpos. Conductores Térmicos: Buen Conductor  Metal, Plata, Cobre. Mal Conductor  Madera, Corcho, Aire.
    • Tipos de Transmisión
      • Conducción
      • Convección
      • Radiación
    • Convección.
      • Es el transporte de calor por medio de las capas de fluido ascendente y descendente.
      • Solo se produce en materiales fluidos.
      • Las capas inferiores aumentan su temperatura y su volumen, su densidad disminuye y por tanto las capas superiores se trasladan hacia abajo siendo mas densas y frías, continuamente.
      Ciclo Hidrológico
    • Radiación
      • Es el proceso de transmisión de ondas o partículas desde un cuerpo con un determinado calor a través del espacio o de algún medio (Vacío).
    • Ejercicios:
      • 1) Considere 2 barras idénticas, una de metal y una de madera, y que uno de los extremos de cada barra es introducido en una flama.
      • A)¿Podría usted seguir sosteniendo por mucho tiempo el extremo libre de metal? Explique.
      • B)¿Por qué se podría sostener el extremo libre de madera por un tiempo mayor?.
      • 2) Un niño descalzo y en una habitación con suelo de cemento, coloca su pie izquierdo directamente sobre el piso y el derecho sobre un tapete a la misma temperatura.
      • ¿En que pie siente mayor sensación de frío? Explique.
      • 3) ¿Por qué en un refrigerador las capas de aire cercanas al congelador, luego de hacer contacto con el, se dirigen hacia abajo?
      • 4) ¿Por qué las personas en días de
      • calor suelen ocupar ropa color
      • blanco o clara? Explique.
    • Capacidad térmica y calor específico
      • Capacidad térmica de un cuerpo
      • Es la relación entre la cantidad de calor (Q) recibida por un cuerpo y la variación de temperatura (Δt) que éste experimenta.
      • Además, la capacidad térmica es una característica de cada cuerpo y representa su capacidad de recibir o ceder calor variando su energía térmica.
      • C ...capacidad térmica ( en cal/°C)
      C =ΔQ/Δt
    • Capacidad térmica
      • Suponga que a un cuerpo A se le proporciona una cantidad de calor igual a 100cal, y que su temperatura se eleva unos 20°c, pero si le suministramos esa misma cantidad de calor (100cal) a un al proporcionar la misma cantidad de calor a cuerpos cuerpo B podemos observar un aumento de temperatura diferente por ejemplo de 10°c, ósea distintos, en general estos presentan diferentes variaciones un sus temperaturas.
      • Calculando la de los cuerpos A y B
      • Ca =ΔQa / Δta B)Cb=ΔQb / Δtb
      • 100 cal/20°c 100cal/10°c
      • Ca=5 cal/°c Cb =10 cal/°c
      • Entonces mientras mas capacidad térmica mas calor debemos proporcionarle para producir determinado aumento en su temperatura y de la misma manera, tanto mayor será la cantidad de calor que cederá cuando su temperatura sufra determinada reducción.
      Una unidad para medir esta magnitud es cal/°c Y como sabemos que el calor es una forma de energía Se puede expresar en joules , seria J/°c
    • Calor específico C1 C2 C3 M1 M2 M3 Cuerpos del mismo material pero de masas diferentes que poseen Capacidades térmicas distintas. Al dividir la capacidad termica de cada bloque entre su masa, se obtiene el mismo resultado para todos los cuerpos es decir: C1/m1 = C2/m2 = C3/m3 = constante A esa constante se le llama calor especifico
      • Si el cuerpo de masa m tiene una capacidad térmica c, el calor específico c del material que constituye el cuerpo esta dado por.
      c = C/m ejercicio : un bloque de plomo cuya masa es m = 170g Se sabe que su capacidad térmica es c = 5.0 cal/°c por Consiguiente el calor específico del plomo es: c = C/m = 5.0 cal/°c /170g En donde C = 0.030 cal/g°c o J/Kg. °c
    • Conclusión problema anterior
      • Para elevar en 1 °C la temperatura de un gramo de plomo debemos suministrarle 0,030 cal de calor.
      Ejercicios: se sabe que la masa del bloque es m = 100g ¿Cual es el valor del calor específico del material que Constituye el bloque? (hierro) c = C/m Se sabe que la capacidad térmica del hierro es aproximadamente11.3 Entonces: c = 11.3 cal/°c / 100g c (hierro) = 0.113 cal/g°c
    • Calor específico y capacidad calorífica de algunos materiales [ editar ] calores específicos Sustancia Cal /g ºC Aluminio 0,212 Cobre 0,093 Hierro 0,113 Mercurio 0,033 Plata 0,060 Latón 0,094 Agua de mar 0,945 Vidrio 0,199 Arena 0,20 Hielo 0,55 Agua 1,00 Alcohol 0,58 Lana de vidrio 0,00009 Aire 0,0000053
    • Como el calor especifico es característico de cada material el valor para cada Sustancias se determina en laboratorios El calor especifico de el agua es mucho mayor que los calores específicos de casi todas las demás sustancias . Esto significa que al ceder la misma cantidad de calor a iguales masas y de alguna otra sustancia , se observa que la masa de agua se calienta mucho menos
    • Primera Ley De La Termodinámica y Energía Interna
    • Esta ley es el conocido principio de conservación de la energía, el cual establece que la energía no se puede crear ni destruir, solo transformar. Esta ley relaciona el trabajo W, el calor Q y la energía total interna Eint por medio de la ecuación Δ U = Q - W Primera Ley de la Termodinámica
      • Si el sistema realiza trabajo, U disminuye
      • Si se realiza trabajo sobre el sistema, U aumenta
      • Si el sistema absorbe calor al ponerlo en contacto térmico con un foco a temperatura superior, U aumenta
      • .
      Δ U = Q - W Q=Calor agregado W=Trabajo efectuado por el sistema E int( U ) = Cambio en la energía interna en el sistema Primera Ley de la termodinámica
    • Pensemos que nuestro sistema es un recipiente metálico con agua; podemos elevar la temperatura del agua por fricción con una cuchara o por calentamiento directo en un mechero; en el primer caso, estamos haciendo un trabajo sobre el sistema y en el segundo le transmitimos calor. Lo que en cualquiera de los casos provoca un cambio en la energía interna del sistema Ejemplo
    • Energía interna Se denomina energía interna del sistema a la suma de las energías de todas sus partículas. En un gas ideal las moléculas solamente tienen energía cinética , la energía interna solamente depende de la temperatura.
    • Ejercicio 1
      • Un sistema termodinámico sigue un proceso en el cual su energía interna disminuye 500j. Si al mismo tiempo se hacen 220 j de trabajo sobre el sistema ,encuentre el calor transferido por , o hacia el sistema.
      • Respuesta:
      • Δu= -500j
      • W=-220 j
      • Q= U+W
      • Q=-500j + -220j
      • Q= -720 j
      • El sistema transfirió 720 j de calor
    • Ejercicio2
      • Se introduce gas ( nitrógeno) en un cilindro con embolo movible , se agrega una cantidad de calor (Q=25000 Cal),al gas en un proceso isobarico y su energía interna aumenta en 8000 cal. ¿Cuánto trabajo realizó el gas?
      • Respuesta :
      • Q=25000 cal
      • Δu=8000 cal
      • Δu=Q – W
      • W=Q – Δu
      • W=25000 -8000 = 17000cal
      • W= 7.08 x10 ^-4 J
    • Primera Ley de Termodinámica Aplicaciones de la primera ley de la termodinámica
    • Transformación Adiabática Aislante térmico GAS Hay trabajo pero no hay calor cedido o absorbido.
    • Transformación Adiabática
      • Consiste en una transformación donde el sistema no intercambia calor con su vecindad, es decir:
      • Cuando un gas sufre una expansión (o compresión) rápida, aun cuando las paredes de su recipiente no sean aislantes, ésta transformación se puede considerar adiabática.
      Q = 0
    • Transformación Adiabática
      • Aplicando la 1ª ley de la termodinámica:
      U = Q - T Como Q = 0 U = - T Transformación adiabática
    • Transformación Adiabática
      • “ Un gas que se expande adiabáticamente, disminuye su temperatura, y si éste se comprime adiabáticamente aumenta su temperatura”.
      U = -T
    • Transformación Isotérmica
      • En una transformación isotérmica, la energía interna del gas se mantiene constante y, por lo tanto, no varía su temperatura.
      • Para que un gas se expanda (o comprima) de modo isotérmico, debe recibir (o ceder) una cantidad de calor igual al trabajo que realiza en la expansión (o comprensión).
    • Transformación Isotérmica
      • Aplicando la 1ª ley de la termodinámica:
      Si Q = T U = Q - T U = constante Entonces c
    • Ejercicios
      • Suponga que un gas se expande rápidamente y que T = 250 [J].
      • ¿Qué se puede decir del calor Q, que se intercambia con la vecindad?
      • ¿Cuál es la variación de la energía interna?
      • ¿La temperatura del gas aumentó, disminuyó o no cambió?
    • Ejercicios
      • Suponga que un gas, al expandirse, absorbe una cantidad de calor Q = 150 cal. y realiza un trabajo T = 630 [J].
      • Exprese el valor de Q en joules. (considere que 1 cal. = 4.2 [J].
      • ¿Cuál fue la variación de energía interna del gas?
      • ¿Qué pasó con la temperatura?
    • Calor Absorbido Por Un Gas PROCESO TERMODINÁMICO
      • El calor absorbido se define como:
        • La energía cinética total de todos los átomos y moléculas de una sustancia, a lo que constituye el flujo de calor que es la transferencia de energía que se produce únicamente como consecuencia de las diferencias de temperaturas.
      • Las 3 formas de transmisión de calor son : Conducción, Convección y Radiación.
      • También el calor tiene relación con los tipos sistemas y ambientes.
      • Por ejemplo el acoplamiento de 2 cantidades de agua en temperaturas diferentes ( una fría y la otra caliente) lo que hace esta magnitud física es mantener un equilibrio térmico que seria enfriar el agua caliente y calentar la fría, así manteniendo una nueva temperatura que supuestamente es constante.
      Fría Caliente Equilibrio térmico Transmisión de calor por conducción Este es un sistema abierto
      • Magnitudes físicas correspondientes son:
      • * Masa m, g
      • * Variación de temperatura Tf – Ti, ºC
      • * Calor absorbido Q cal
      • * Calor especifico c cal/g ºC
      • Q = m*c*(Tf-Ti)
      • Calor absorbido es = a calor cedido
      Intercambio de calor por medio del agua en un sistema abierto
      • Aplicación:
      • 1) ¿Que cantidad de calor necesita absorber un trozo de cobre con masa de 25 gramos si esta a una temperatura de 8ºC y se desea que alcance una temperatura final de 20ºC?
      • El cobre esta al aire libre, teniendo como fuente de calor una llama.
      • Procedimiento:
      • Se que obtengo la masa del cobre m = 25 g, una temperatura inicial de 8ºC, el calor especifico del cobre c = 0,093 cal/g ºC, la temperatura final de 20ºC, pero se desconoce Q.
      • Se aplica formula: Q = m*c*(Tf-Ti)
      • Q = 25g * 0,093cal/g ºC * (20ºC – 8ºC)
      • Q = 27,9 cal
      Este es un sistema cerrado transmitiendo su energía por radiación.
      • 2) ¿Qué Q necesita un trozo de hierro teniendo una m de 731 g si se encuentra a una T de 10ºC siendo calentado en un horno hasta los 25ºC?
      • Datos:
      • Q = incógnita
      • m = 731 g
      • Ti = 10ºC
      • Tf = 25ºC
      • Calor especifico de hierro, c = 0,113 cal/g ºC
      • Q = 731 g * 0,113 cal/g ºC * (25ºC-10ºC)
      • Q = 1239,045 cal
      Sistema cerrado transmitiendo energía por convección
    • RESPONDE LAS SIGUIENTES PREGUNTAS DE ALTERNATIVAS Haz click en la flecha
      • El calor que se necesita entregarle a 2 litros de agua para eleve
      • su temperatura desde 20 ºC a 60 ºC es:
        • a) 80 cal
      b) 2.000 cal c) 80.000 cal d) 120.000cal. e) 20.000 cal
    • LO SIENTO NO ES LA CORRECTA VOLVER
    • EXCELENTE SIGUE AVANZANDO
    • 2) El calor específico del agua es 1 cal/g ºC y del cobre es de 0,09 cal/g ºC. De lo anterior se deduce que si tenemos 1 kg de agua y 1 kg de cobre resulta: a) más fácil elevar o disminuir la temperatura del agua que del cobre b) más fácil elevar o disminuir la temperatura del cobre que la del agua c) que como son masas iguales, se necesita la misma cantidad de calor para cambiar la temperatura d) más fácil elevar las temperatura del agua, pero más difícil bajarla que el cobre. e) Ninguna de las anteriores
    • VOLVER LO SIENTO NO ES LA CORRECTA
    • EXCELENTE SIGUE AVANZANDO
    • 3) Una cuchara de metal se encuentra dentro de una taza de café caliente. La cuchara se siente caliente pues el calor se transmite hacia la mano por: a) conducción b) convección c) radiación d) conducción y convección e) Radiación y conducción
    • LO SIENTO NO ES LA CORRECTA VOLVER
    • EXCELENTE SIGUE AVANZANDO
    • 4) Los beduinos en el desierto cubren todo su cuerpo con túnicas blancas. De esa manera: a) el blanco refleja parte de la radiación del Sol y las gruesas túnicas evitan la conducción del calor ambiente hacia el interior de su cuerpo b) el blanco refleja parte de la radiación de su cuerpo y las gruesas túnicas evitan la conducción del calor ambiente hacia el ambiente exterior c) el blanco absorbe radiación y la ropa permite la convección d) se protegen de los cambios de temperatura en el d ía .
      • El blanco refleja parte de la radiación del Sol y las gruesas túnicas
      • evitan la radiación del calor ambiente hacia el interior de su cuerpo
    • LO SIENTO NO ES LA CORRECTA VOLVER
    • EXCELENTE SIGUE AVANZANDO
    • ESPERO QUE LO HAYAS HECHO SUPER BIEN AHORA VEREMOS UN VIDEO Haz click en la flecha
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