Termodinmica

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Termodinámica

• Trabajo
• El diagrama P-V
• Variación de la energía interna
• Primera ley de la termodinámica
• Caso general para la primera ley
• Procesos adiabáticos
• Procesos isocóricos
• Procesos isotérmicos

Autor David L. Heiserman Modificado por Prof.
María Lourdes Lezcano
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Trabajo
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Trabajo y diagrama P-V
Trabajo y diagrama P-V
El caso más simple es un proceso termodinámico
que implica cambios en el volumen a presión
constante.Aplicando el concepto de trabajo
mecánico W F ?x Como P F/A ? F P A W P
A ?x Como A ?x ?V
W P ?V P (Vf Vi )
Sólo se realiza trabajo cuando hay cambio de
volumen
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Trabajo y diagrama P-V
Trabajo y diagrama P-V
W P ?V P (Vf Vi )
Como b ?V y h P entonces W bxh área
del rectángulo
?W Área bajo la gráfica P-V
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Trabajo
Trabajo y diagrama P-V
En general, en cualquier proceso termodinámico,
el trabajo realizado es igual al área bajo la
gráfica P vs V
W Área bajo la gráfica P-V
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Trabajo y diagrama P-V
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Unidades de trabajo
Siendo W P ?V
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Trabajo y diagrama P-V
Convención de signos para W
W lt 0 cuando ?V lt 0 Compresión (Vf lt Vi) (los
alrededores hacen trabajo sobre el sistema)
W gt 0 cuando ?V gt 0 Expansión (Vf gtVi) (el
sistema hace trabajo sobre los alrededores)
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Trabajo y los procesos termodinámicos
W depende del proceso termodinámico que se de, es
decir, de la trayectoria seguida para pasar de un
estado termodinámico a otro.
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Trabajo y los procesos termodinámicos
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Variación de la energía interna
Consideremos un sistema en un estado
termodinámico inicial I (determinado por sus
variables Ui, Ti, Pi y Vi), que es llevado a un
estado termodinámico final F (determinado por sus
variables Uf, Tf, Pf y Vf), a través de uno o más
procesos termodinámicos, tal que su energía
interna U puede variar
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Variación de la energía interna
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Función de energía interna
Calor, trabajo y energía interna
Se puede variar la energía interna U de un
sistema cuando se realiza un trabajo W por o
sobre el sistema
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Función de energía interna
Calor, trabajo y energía interna
Se varía la energía interna U de un sistema al
proporcionarle o quitarle calor Q al sistema.
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Función de energía interna
Primera ley de la termodinámica
La energía no puede crearse ni destruirse, sólo
transformarse de una forma a otra.
En cualquier proceso termodinámico, el calor neto
absorbido o liberado por un sistema es igual a la
suma del equivalente térmico del trabajo
realizado por o sobre el sistema y el cambio de
energía interna del mismo.
Q calor neto absorbido o liberado por el
sistema W trabajo neto realizado por el sistema
sobre sus alrededores o por los alrededores sobre
el sistema DU cambio en la energía interna
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Función de energía interna
Convención de signos
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Otra forma de expresar la Primera Ley de la
Termodinámica
Variación de la energía interna U
DU cambio en la energía interna del sistema Q
calor neto absorbido o liberado por el sistema W
trabajo neto realizado por el sistema sobre sus
alrededores o por los alrededores sobre el sistema
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Caso general para la primera ley
Primera ley
En el caso más general, de algún modo las tres
cantidades están involucradas en cambios.
En casos especiales, sólo una o dos de las
cantidades involucran cambios.
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Procesos adiabáticos
Un proceso adiabático es aquel en el que no hay
intercambio de energía térmica Q entre un sistema
y sus alrededores.
W -DU
De la primera ley Q W DUSi Q 0 (proceso
adiabático) entonces 0 W DUPor lo tanto, W
-DU
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Procesos isobárico
Un proceso isobárico es aquel en el que la
presión permanece constante.
Si P cte entonces W P DV Por lo tanto, Q
W DU
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Procesos isocóricos
Un proceso isocórico es aquel en el que el
volumen del sistema permanece constante.
Q DU
De la primera ley Q W DUSi W 0 (proceso
isocórico) entonces Q 0 DUPor lo tanto, Q
DU
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Procesos isotérmicos
Un proceso isotérmico es aquel en el que la
temperatura del sistema permanece constante.
Q W
De la primera ley Q W DUSi DU 0 (proceso
isotérmico) entonces Q W 0 Por lo tanto, Q
W
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Conceptos clave

• Trabajo
• Diagramas P-V
• Proceso adiabático
• Proceso isocórico
• Proceso isotérmico
• Proceso isobárico
• Variación de energía interna
• Primera ley de la termodinámica

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Resumen de ecuaciones
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Ejemplos de Trabajo y Primera Ley de la
Termodinámica

• Un gas se expande desde un estado inicial I hasta
  un estado final F, según la trayectoria indicada
  en la gráfica. Si el calor neto transferido al
  gas de I a F es 3,0 x 103 J
• a) Indique qué clase de proceso ocurre en cada
• trayectoria
• b) Calcule el trabajo total realizado por el gas
  de I a F.
• c) En cuánto varió la energía interna del gas?

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Ejemplos de Trabajo y Primera Ley de la
Termodinámica
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Ejemplos de Trabajo y Primera Ley de la
Termodinámica

• I-2 P. Isocórico o isovolumétrico (V
  cte)
• 2-3 P. Isobárico (P cte)
• 3-4 P. Isocórico o isovolumétrico (V
  cte)
• 4-F P. Isobárico (P cte)

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Ejemplos de Trabajo y Primera Ley de la
Termodinámica
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Ejemplos de Trabajo y Primera Ley de la
Termodinámica
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Ejemplos de Trabajo y Primera Ley de la
Termodinámica

• Un gas, inicialmente a una presión de 2,0 atm y a
  un volumen de 0,3 L, tiene una energía interna de
  91 J. En su estado final F, la presión es de 1,5
  atm, el volumen de 0,8 L y la energía interna de
  182 J. Para las tres trayectorias, IAF, IBF e
  IF, calcule
• a) Indique qué clase de proceso ocurre en cada
• trayectoria
• b) El trabajo realizado por el gas.
• c) El calor neto transferido en el proceso.

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Ejemplos de Trabajo y Primera Ley de la
Termodinámica
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Ejemplos de Trabajo y Primera Ley de la
Termodinámica

• IA P. Isocórico o isovolumétrico (V cte)
• AF P. Isobárico (P cte)
• IB P. Isobárico (P cte)
• BF P. Isocórico o isovolumétrico (V cte)
• IF se aproxima a un P. isotérmico

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Ejemplos de Trabajo y Primera Ley de la
Termodinámica
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Ejemplos de Trabajo y Primera Ley de la
Termodinámica
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Ejemplos de Trabajo y Primera Ley de la
Termodinámica
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Ejemplos de Trabajo y Primera Ley de la
Termodinámica

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Ejemplos de Trabajo y Primera Ley de la
Termodinámica

• Un gas en un recipiente está a una presión de 1,5
  atm y a un volumen de 4,0 m3. Cuál es el
  trabajo realizado cuando
• a) El gas se expande isobáricamente hasta el
  doble de su volumen inicial.
• b) El gas se comprime isobáricamente hasta un
  cuarto de su volumen inicial.
• c) Si En la expansión isobárica se transfieren
  5.0 x 105 J de calor al gas, en cuánto varió la
  energía interna del gas?
• c) Si En la compresión isobárica se extraen 5.0
  x 105 J de calor al gas, en cuánto varió la
  energía interna del gas?