Termodinámica 1

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Termodinámica 1

  1. 1. TermodinámicaTermodinámica Parte de la ciencia que estudiaParte de la ciencia que estudia las transformaciones dellas transformaciones del calor enen energíaenergía mecánica y viceversamecánica y viceversa
  2. 2. 1.Energía interna U1.Energía interna U Todas las partículas elementales de un cuerpoTodas las partículas elementales de un cuerpo poseen una cierta energía, (mov. Giratorio,poseen una cierta energía, (mov. Giratorio, orbital, enlaces químicos) etc.orbital, enlaces químicos) etc. La suma de todas estas energías cinéticas seLa suma de todas estas energías cinéticas se denominadenomina energía interna.energía interna. En un sistemaEn un sistema UU depende sólo del estado físicodepende sólo del estado físico del material: constitución, presión, volumen ydel material: constitución, presión, volumen y temperatura.temperatura. La U es imposible de determinar, pero siLa U es imposible de determinar, pero si cuantificar sus variacionescuantificar sus variaciones TU ∆=∆
  3. 3. 2. Calor2. Calor Energía que se transfiere de un objeto aEnergía que se transfiere de un objeto a otro debido a una diferencia deotro debido a una diferencia de temperatura.temperatura. C = [J/ºK] 1cal=4.184 JC = [J/ºK] 1cal=4.184 J Una caloría es el calor necesario paraUna caloría es el calor necesario para elevar la temperatura de 1g de agua 1ºCelevar la temperatura de 1g de agua 1ºC TCmQ e∆= Calor específico
  4. 4. Calor especificoCalor especifico Calor especifico a presión = cte. (cCalor especifico a presión = cte. (cpp)) Cantidad de calor necesaria para que 1 mol de un gas eleveCantidad de calor necesaria para que 1 mol de un gas eleve la temperatura 1ºk manteniendo cte. Lala temperatura 1ºk manteniendo cte. La presiónpresión Calor especifico a volumen = cte. (cCalor especifico a volumen = cte. (cvv)) Cantidad de calor necesaria para que 1 mol de un gas eleveCantidad de calor necesaria para que 1 mol de un gas eleve la temperatura 1ºk manteniendo cte. Ella temperatura 1ºk manteniendo cte. El volumenvolumen Coeficiente adiabáticoCoeficiente adiabático TncQ p∆= TncQ v∆= v p c c =γ cp – cv = R = 2 cal/mol.ºk
  5. 5. Calor. Convenio de signosCalor. Convenio de signos Sistema Q<0Q>0 Calor absorbido por el sistema Calor cedido por el sistema
  6. 6. Trabajo. Convenio de signosTrabajo. Convenio de signos Sistema W>0W<0 Trabajo absorbido por el sistema Trabajo realizado por el sistema
  7. 7. Primer principio de laPrimer principio de la TermodinámicaTermodinámica En un sistema cerrado* la diferenciaEn un sistema cerrado* la diferencia entre el calor intercambiado y elentre el calor intercambiado y el trabajo realizado por el sistema es untrabajo realizado por el sistema es un valor cte.valor cte. ∆∆ energía Intenergía Int.. Trabajo RealizadoTrabajo Realizado Calor absorbidoCalor absorbido La U de un sistema aumenta cuando recibeLa U de un sistema aumenta cuando recibe Energía (Q ó W) y disminuye cuando la pierdeEnergía (Q ó W) y disminuye cuando la pierde WQU −=∆
  8. 8. EjerciciosEjercicios Calcular el ∆U en los siguientes casos:Calcular el ∆U en los siguientes casos: a) Motor térmico.a) Motor térmico. Absorbe 1000 cal y realiza W=200JAbsorbe 1000 cal y realiza W=200J b) Agitar un fluido en un recipiente.b) Agitar un fluido en un recipiente. El sistema recibe 200JEl sistema recibe 200J c) Compresor de aire.c) Compresor de aire. El sistema cede 500 cal. Y recibe 200JEl sistema cede 500 cal. Y recibe 200J
  9. 9. Transformaciones cíclicasTransformaciones cíclicas El ciclo termodinámico es el conjunto deEl ciclo termodinámico es el conjunto de Transf. Termod. Que recibe un fluido enTransf. Termod. Que recibe un fluido en el interior de una máquina térmica, deel interior de una máquina térmica, de forma que comienza y termina en unforma que comienza y termina en un mismo punto. ∆U = 0mismo punto. ∆U = 0 WW Q1 Q2Q1 Q2 foco calientefoco caliente T1 › T2T1 › T2 focofoco friofrio T1 T2 si W + el sistema realiza trabajo ∆U=0 Q1-Q2=W si W – el sistema recibe trabajo
  10. 10. Transformaciones cíclicas en un sistema gaseosoTransformaciones cíclicas en un sistema gaseoso Los ciclos termod. Que describen los fluidos enLos ciclos termod. Que describen los fluidos en las máquinas térmicas son bastantes complejos.las máquinas térmicas son bastantes complejos. Para facilitar su estudio se idealizan en unasPara facilitar su estudio se idealizan en unas transformaciones en las que se supone quetransformaciones en las que se supone que algún parámetro se mantiene cte.algún parámetro se mantiene cte. AA presiónpresión ctecte IsobáricaIsobárica AA volumenvolumen cte.cte. IsocóricaIsocórica AA temp.temp. cte.cte. IsotérmicaIsotérmica AA calorcalor cte.cte. AdiabáticaAdiabática AA calor especificocalor especifico cte.cte. PolitrópicaPolitrópica Aplicamos en cada caso la ecuación de los gases ideales PV = nRT
  11. 11. Transformación isobáricaTransformación isobárica IsóbaraIsóbara  P=cteP=cte VV22 ›› VV1 el gas realiza1 el gas realiza trabajotrabajo p VV1 V2 )( 12 TTnCQ p −= TnRVVpW ∆=−= )( 12 )( 12 TTnCU v −=∆
  12. 12. Transformación IsocóricaTransformación Isocórica V=cteV=cte Al no haber ∆ vol. W=0 Todo el calor seAl no haber ∆ vol. W=0 Todo el calor se transforma en ∆Utransforma en ∆U p V P1 P2 )( 12 TTnCUQ v −=∆= 0=W
  13. 13. Transformación isotérmicaTransformación isotérmica T =cteT =cte pp11vv11=p=p22vv22=nRT=nRT p VV1 V2 1 2 ln V V nRTW = 0=∆U 2 1 11 1 2 lnln P P VP V V nRTWQ ===
  14. 14. Transformación AdiabáticaTransformación Adiabática Q = 0Q = 0 p VV1 V2 0=Q )( 12 TTCUW v −−=∆−= 1 22 1 11 2211 −− = = γγ γγ VTVT VPVP v p C C =γ Ecuación de la adiabática Coeficiente adiabático
  15. 15. Resumen de transformacionesResumen de transformaciones
  16. 16. EjerciciosEjercicios Transf. Isobárica Transf. Isocórica Transf. Isotérmica
  17. 17. 2º principio de la2º principio de la termodinámicatermodinámica Algunas cuestiones sobre las transformacionesAlgunas cuestiones sobre las transformaciones de calor en trabajo y viceversa, no quedande calor en trabajo y viceversa, no quedan resueltas por el 1º principio.resueltas por el 1º principio. ¿Seria posible un motor térmico que transformase todo¿Seria posible un motor térmico que transformase todo el calor recibido en trabajo?el calor recibido en trabajo? O una maq. Frigorífica que transportara calor del focoO una maq. Frigorífica que transportara calor del foco frio al caliente sin consumir trabajo.?frio al caliente sin consumir trabajo.? Un trasatlántico que realice trabajo (desplazarse) aUn trasatlántico que realice trabajo (desplazarse) a costa del calor del agua, devolviéndolo en forma decosta del calor del agua, devolviéndolo en forma de hielo.hielo. Experimentalmente se sabe que estas máquinasExperimentalmente se sabe que estas máquinas son imposibles de construirson imposibles de construir ∆U = Q-W
  18. 18. 2º principio de la2º principio de la termodinámicatermodinámica Varios enunciados:Varios enunciados: Es imposible la transmisión del calor delEs imposible la transmisión del calor del foco frio al caliente sin consumirfoco frio al caliente sin consumir trabajo. (Clasius)trabajo. (Clasius) Es imposible transformar en trabajo laEs imposible transformar en trabajo la totalidad del calor en una máquinatotalidad del calor en una máquina Térmica. (Carnot)Térmica. (Carnot)
  19. 19. Máquinas TérmicasMáquinas Térmicas Motor térmicoMotor térmico W=QW=Q11 – Q– Q22 ηη=W/Q=W/Q11 QQ11 TT11 › T› T22 WW QQ22 Máquina frigoríficaMáquina frigorífica QQ11=Q=Q22 + W+ W ЄЄ=Q=Q22/W/W QQ11 TT11 › T› T22 WW QQ22 T1 T2 M T1 T2 Mf

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