Termodinámica
M. del Carmen Maldonado Susano
03/04/20191
El alumno identificará e inferiráExperimentalmente la capacidadtérmica específica de algunassustancias, mediante la aplicación de laprimera ley de la termodinámica parasistemas cerrados y aislados.
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Objetivo
“La Termodinámica es la parte de la físicaque estudia la energía, sus transformacionesy los medios empleados para efectuar dichastransformaciones y aquellas propiedades delas sustancias que guardan alguna relacióncon la energía”.
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03/04/20194
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Es una propiedad Intensiva dela materia que nos indica laenergía molecular de uncuerpo.
Es la capacidad latente oaparente que poseen los cuerpospara producir cambios en ellosmismos o en el medio que losrodea.
Es la capacidad de producirtrabajo.
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Energía
En tránsito
Como propiedad del sistema
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• Es aquella energía que se transfiereentre dos cuerpos o sistemas.
• Se manifiesta en dos formas:
En tránsito
Calor
Trabajo
Estas dos formas no son propiedades.
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Es energía que se transfiere entre 2cuerpos a diferentes temperaturas.
El calor no es una propiedad ya que suvalor depende del proceso seguido.
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Calor
Sensible
Latente
Elaboró. M en A M del Carmen Maldonado Susano
• Es el calor evidente al tacto y enel que se observa una variaciónde temperatura.
• No hay cambio de fase.
=2
1
T
TdTcmQ
)( 12 TTcmQ −=
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Q : Calor [J]
m : masa [kg]
c : capacidad térmica específica
T : temperatura [K]
• Es aquel necesario para convertir unasustancia de una fase a otra fase.
• Se absorbe o cede calor sin que seproduzca un cambio de sutemperatura.
• Matemáticamente:
mQ =
λ : entalpia de transformación (J /kg)
m : masa (kg)
• En este proceso la temperaturapermanece constante.
5.6 Capacidad térmica
específica.
03/04/201917Elaboró. M en A M del Carmen Maldonado Susano
03/04/2019Elaboró: M. del Carmen Maldonado Susano 18
Es la cantidad de energía enforma de calor que debesuministrarse a una sustanciapara aumentar su temperatura.
=
K
J
T
QC
Elaboró. M en A M del Carmen Maldonado Susano
❑ Es la cantidad de energía en forma decalor que se debe suministrar a unaunidad de masa de una sustancia,para que ésta aumente una unidad ensu temperatura.
❑ Matemáticamente se expresa como:
=
Kkg
J
Tm
Qc
❑ También se puede expresar como:
=
Kkg
J
m
Cc
Elaboró. M en A M del Carmen Maldonado Susano
( )P V I W=
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Emisión de Energía en unintervalo de tiempo.
V : diferencia de potencial o voltaje (V)I : Intensidad de corriente eléctrica (A)P: Potencia (W)
( )JtIVQ =
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t: tiempo (s)V : diferencia de potencial o voltaje (V)I : Intensidad de correiente eléctrica (A)Q: Calor (J)
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a) Modelo Matemático
b) Significado físico de la pendiente
c) Capacidad térmica específica del agua = ?
d) %Error de Exactitud
• En el laboratorio de Física se midió la Temperatura y eltiempo de una Masa de agua = 150g, V = 6 volt, I = 2.5 A.Con base en ello determine:
03/04/201927
Q (J) T (°C)
0 19
650 21
1650 23
2850 25
3850 27
6500 29
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Q (J) T (°C)
0 19650 211650 232850 253850 276500 29
m= 618.571429
b= -12199.8119
( ) )(81.1219957.618)( JCTC
JJQ −
=
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La pendiente es la Capacidad Térmica
Cm =
Cm =
=
C
Jm 57.618
masa
Cc =
Para obtener la Capacidad Térmica específica,dividimos la pendiente entre la masa:
masa
Cc =
Ckg
Jc
=
15.0
57.618
KKg
JouleCe
OH = 4186
2
CKg
JouleCe OH
= 41232
Experimental
Teórico
1004186
41234186% xEE
−=
Experimental
5.1% =EE
5.1100% −=E
5.98% =E
03/04/201937
Un balín de hierro, de 2 [cm] de diámetro se coloca dentro de un tanque cúbico lleno
con agua como se muestra en la figura.
Si la densidad del hierro es 7 900 [kg/m3] y la aceleración gravitatoria del lugar es
9.78 [m/s2], determine:
a) La magnitud de la fuerza de empuje que experimenta el balín.
Fempuje = Wfluido desalojado Fempuje = masa* g
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Sistema termodinámico (sistema)
Porción del espacio ocantidad de materia que seselecciona para realizar unanálisis energético.
Sistema termodinámico (sistema)
Todo lo ajeno al sistema se conoce comoentorno o medio ambiente, y el límite realo hipotético se denomina frontera olímites del sistema.
Sistema
Abierto
Cerrado
Aislado
Clasificación de Sistema
SISTEMA CERRADO
• Es un sistema en el cual sólo existeintercambio de energía pero no haytransferencia de masa entre el mismoy sus alrededores.
• Como ejemplo podemos citar el gasencerrado en un cilindro en un motorde combustión interna o una ollatapada.
SISTEMA ABIERTO o VOLUMEN DE CONTROL
Es un sistema en el cual existeintercambios de energía y materia.
Una turbina o una caldera sonejemplos de volúmenes de control.
SISTEMA AISLADOLlamamos sistema aislado a aquel
cuyas paredes no permiten ni la
transferencia de masa ni la
transferencia de energía.
PROPIEDAD TERMODINÁMICA
Es una característica de unsistema termodinámico y sólodepende de la condición oestado en que se encuentre, esdecir es independiente de cómose llego a ese estado.
Propiedades
Intensivas:No dependen de la masa.
Extensivas:Si dependen de la masa.
5.6 Primera Ley de la
Termodinámica
03/04/201947
Se basa en el principio de la conservaciónde la energía.
“La energía ni se crea, ni se destruye sólo se
transforma”
Principio de la conservación de la Energía
EWQ =+
Principio de la conservación de la Energía
EWQ =+
UEpEcWQ ++=+
Es aquella que dependeexclusivamente de la velocidaddel cuerpo.
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2
2
1vmEc =
Es aquella que dependeexclusivamente de la posicióndel cuerpo en el universo.
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hgmEp =
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• Es la energía que un sistema posee, esdecir, es la suma de las diversas formasenergías que tienen las moléculas en unestado determinado como:
❑ Traslación❑ Rotación❑ Molecular❑ Eléctrica,❑ etc.
U
03/04/201954
• Se tiene una masa 1 de agua de 10 kg a una Tinicial de 10°C.
• Se tiene una masa 2 de agua de 35 kg a una Tinicial de75°C.
• Determine la Temperatura de equilibrio
021 =+ AguaAgua QQ
( ) ( ) 021 =−+− inicialeqAguaAguainicialeqAguaAgua TTCemTTCem
CTeq = 5.60
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h : entalpía de fusión (Joule /Kg)= 333,000 (Joule /Kg)
Masa del hielo = 50 gMasa del agua = 250 gT inicial del hielo = 1 °C
T inicial del agua = 30 °C
• Se tiene una mezcla de un cubo de hielo de 50 gramos yagua líquida(250 g) a una temperatura de equilibrio de 15°C.
• Obtener
• A) la Entalpía de fusión
• B) El %Error Exactitud
0=+ hieloAgua QQ
0)( =+− hmToTeqCem hieloAguaAguaAgua
hielo
AguaAguaAgua
m
)ToTeq(Cemh
−=
0=+ hieloAgua QQ
Kg
Jh 000,313=
hielo
AguaAguaAgua
m
)ToTeq(Cemh
−=
03/04/201961
Termodinámica y sus aplicacionesSecretaría de Energía (SENER)
Apuntes de Principios de EnergéticaNúñez Orozco Félix
Ejercicios tomados de exámenes colegiadosdel Depto de Física Experimental