Termodinamica 1ra Ley

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Energía y Primera ley de la Termodinámica

• Calor y Trabajo

Cap. 2 Termodinámica, Yunus Cengel
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Objetivos

• Introducir el concepto de energía y definir sus
  distintas formas
• Definir los conceptos de calor y la terminología
  asociada con la transferencia de energía.
• Enunciar los tres mecanismos de transferencia de
  calor conducción, convección y radiación.
• Definir el concepto de trabajo en un sistema
  termodinámico.
• Introducir la Primera Ley de la Termodinámica
  para sistemas cerrados , balance de energía y
  Volumen de control.

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FORMAS DE ENERGÍA

• La energía existe en numerosas formas tales como
  térmica, mecánica, cinética, potencial,
  eléctrica, magnética, química, y nuclear, y las
  suma de estas constituye la energía total (E)
  de un sistema.
• La Termodinámica estudia el cambio en la energía
  total.

En física, energía se define como la capacidad
para realizar un trabajo.
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FORMAS DE ENERGÍA

• Enfoques (general)

1. Energía en Forma Macroscópica la que posee un
   sistema como un todo en relación a un marco de
   referencia exterior.
2. Energía en Forma Microscópica Relacionadas con
   la estructura molecular de un sistema y su grado
   de actividad. Son independientes de marcos
   externos de referencia.

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FORMAS DE ENERGÍA
La energía cinética macroscópica de un todo es
una forma de energía organizada y es mucho más
conveniente que el enfoque microscópico
desorganizado de las energías cinéticas de las
moléculas.
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Conceptos Básicos de Termodinámica

•  Sistema termodinámico (sustancia de trabajo)
• Cantidad de materia o una región en el espacio
  sobre la cual se enfoca la atención (elegida)
  para su estudio.
• Un sistema termodinámico puede ser una célula,
  una persona, el motor de un vehículo, la
  atmósfera terrestre, etc.

• Alrededores del sistema Masa o región fuera del
  sistema (medio exterior).
• Frontera Superficie real o imaginaria que separa
  al sistema de sus alrededores.
• La frontera de un sistema puede ser fija o móvil.

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Conceptos Básicos de Termodinámica

• Para definir un cambio termodinámico (o proceso)
  es necesario precisar
• el estado inicial del sistema (los valores
  iniciales de las variables termodinámicas)
• el estado final del sistema (los valores finales
  de las variables termodinámicas)
• la trayectoria o camino recorrido en el proceso,
  ya que puede haber varios caminos que lleven de
  un estado inicial al mismo estado final.

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Conceptos Básicos de Termodinámica

• Un Sist. Adiabático es aquel que está
  térmicamente aislado con sus alrededores.
• Sist. Abierto aquel en que la materia fluye y
  sale de una región de espacio determinada.
• Sist. Cerrado sus fronteras restringen el flujo
  de masa y materia hacia el sistema y fuera de él.
• Sist. Aislado el sistema no intercambia energía
  ni tampoco transita un flujo de masa en él.

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Transferencia de Energía por Calor
El calor se define como la forma de energía que
se transfiere entre dos sistemas o entre un
sistema y su exterior, debido a una diferencia de
temperatura.
El calor es energía en transición y como tal, se
reconoce solo cuando cruza las fronteras de un
sistema.
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Transferencia de Energía por Calor
El calor se transfiere mediante tres mecanismos
conducción, convección y radiación
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Transferencia de Energía por Trabajo
Al igual que el calor, el trabajo es una
interacción de energía que ocurre entre un
sistema y sus alrededores. La energía puede
cruzar la frontera de un sistema cerrado en forma
de calor o trabajo entonces, si la energía que
cruza la frontera de un sistema cerrado no es
calor, debe ser trabajo.
Simplemente, una interacción de energía que se
origina por algo distinto a una diferencia de
temperatura entre un sistema y sus alrededores,
es trabajo.
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Transferencia de Energía por Calor y Trabajo
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Transferencia de Energía por Calor y Trabajo
Habrá transferencia de calor en este proceso
adiabático? Hay cambio en la energía interna del
sistema?
Si el sistema es el horno, habrá transferencia
de calor en este proceso adiabático? Si el
sistema es la papa, habrá transferencia de calor
en este proceso?
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Transferencia de Energía por Calor y Trabajo
Si el horno, incluido el elemento de
calentamiento, se consideran como el sistema ,
determine si hay transferencia de calor o de
trabajo.
Si el horno, excluido el elemento de
calentamiento, se considera como el sistema ,
determine si hay transferencia de calor o de
trabajo.
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PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

•  Durante una interacción, la energía puede
  cambiar de una forma a otra pero su cantidad
  total permanece constante.
• La energía no se crea ni se destruye

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PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
La Energía no se crea ni se destruye, sólo se
transforma
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Primera Ley de la Termodinámica(Principio de
Conservación de la Energía)
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Primera Ley de la Termodinámica(Principio de
Conservación de la Energía)
La energía no se puede crear ni destruir, solo
se transforma de una forma en otra
dQ - dW dE
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Primera Ley de la Termodinámica
dQ - dW dE ?E
dQ ?E dW
1Q2 E2 E1 1W2
1Q2 Calor transmitido al sistema durante el
proceso desde 1 a 2 E2 , E1 Valores inicial y
final de la energía en el sistema 1W2 Trabajo
realizado por el sistema durante el proceso
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Sistemas Abiertos

• Superficie y volumen de control

Un volumen de control es una parte arbitraria del
espacio que se escoge como objeto de estudio. Es
un sistema termodinámico que admite la
posibilidad de entradas y salida de masa, así
como el intercambio de calor y trabajo
(energía) La superficie de control es una
frontera imaginaria que puede tener límites
reales o imaginarios y que separa al volumen de
control del exterior.
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Sistemas Abiertos
SISTEMA
MASA CONSTANTE
VOLUMEN DE CONTROL
FLUJO DE MASA
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Sistema Cerrado
Sistema Abierto