Trabajo y Procesos Primera Ley de la Termodinmica

Trabajo y Procesos Primera Ley de la Termodinámica

Primera Ley de la Termodinámica Es la expresión matemática del Principio de Conservación de Energía. Para Termodinámica: • • • Energíascomo propiedad del sistema = Energíasen tránsito Energíascomo propiedad del sistema = EInterna + Emecánica = Ecinética + Epotencial gravitacional Energíasen tránsito = Q + W Considerando que no hay cambios en Emecánica ΔU = ΔQ + ΔW

Procesos Principales Proceso Isométrico Δv =0 Proceso Isobárico ΔP =0 Proceso Isotérmico ΔT =0 Proceso Adiabático ΔQ =0

Procesos Principales Proceso Politrópico Es todo proceso con gas ideal en el que el producto de la presión por el volumen específico permanece constante. Donde n es el índice politrópico

Procesos Politrópicos Si n = Donde: 0 Proceso Isobárico 1 Proceso Isotérmico Proceso Isométrico k Proceso Adiabático y

Trabajo para Proceso Isométrico Δv =0 NO HAY TRABAJO ΔU = ΔQ

Primera Ley para Proceso Isométrico ΔU = ΔQ ΔU = mcvΔT

Trabajo para Proceso Isobárico ΔP =0

Primera Ley para Proceso Isobárico ΔU = ΔQ+ ΔW ΔW =-P(V 2 -V 1) ΔU = ΔQ-P(V 2 -V 1) ΔQ = ΔU+P(V 2 -V 1) =(U 2+ PV 2)-(U 1 -PV 1) ΔQ = H 2 -H 1

Trabajo para Proceso Isotérmico ΔT =0

Primera Ley para Proceso Isotérmico ΔU = ΔQ+ ΔW El proceso debe realizarse muy lentamente para que no cambie la temperatura y es como si la energía interna no cambiara.

Trabajo para Proceso Adiabático ΔQ =0

Primera Ley para Proceso Adiabático ΔU = ΔW ΔU = mcvΔT

Procesos Principales

Consideraciones de la Primera Ley Si no hay trabajo mecánico: ΔU = ΔQ Sistema está aislado térmicamente: ΔU = ΔW Si el sistema realiza trabajo: U 2 < U 1 Si se realiza trabajo sobre el sistema: U 2 > U 1 Si el sistema absorbe calor: U 2 > U 1 Si el sistema cede calor: U 2 < U 1

Ejercicio Considere un sistema de un cilindro con émbolo con masas sobre el émbolo para controlar la presion. Para cada caso asumir: P 1=200[k. Pa] V 1=0. 04[m 3] V 2=0. 1 [m 3] Calcular el trabajo en cada caso.

Ejercicio 1. Si se coloca un mechero de Bunsen bajo el sistema de manera que el volumen aumenta con la presión constante.

Ejercicio 2. Si ahora el pistón se mueve de tal manera que durante el proceso la temperatura permance constante.

Ejercicio 3. Si ahora el pistón se mueve de tal manera que durante el proceso la relación entre el volumen y la presión es PV 1. 3=constante.

Ejercicio Un cilindro con pistón tiene un volumen inicial de 0. 1 [m 3] y contiene nitrógeno a 150 [k. Pa] y 25 [o. C]. El pistón se mueve comprimiendo el nitrógeno hasta P=1[MPa] y T=150 [o. C]. Durante el proceso se transfiere calor del nitrógeno y el trabajo realizado es de 20 [k. J]. Calcular el calor transferido Q.