el calor y la Primera ley de la termodinmica

EL CALOR Y LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA

Integrantes:Paul GuacnJaime OrozcoFernando RemacheJorge Luis Vega

CALOR Y ENERGA INTERNAAl ingresar una cuchara fra en agua caliente, esta tiende a calentarse y el agua a enfriase para as establecer un equilibro trmico. El cambio de temperatura es bsicamente una trasferencia de energa de una sustancia a otra. La trasferencia de energa se da por una diferencia de temperatura y se la denomina como flujo o transferencia de calor, en tanto que la energa que se trasfiere se llama calor.Por otro lado la energa interna de un sistema se conoce como la suma de las energas cinticas de todas sus partculas, ms la suma de todas las energas potenciales de interaccin entre ellas.

CalorLa definicin del trmino calor siempre se refiere a transferencia de energa que se produce de un cuerpo o sistema a otro, a causa de una diferencia de temperatura, y no como la cantidad de energa contenida en un sistema dado.Podemos modificar la temperatura de un cuerpo agregndole o quitndole calor.

Una unidad de calor es la calora (cal), la cual se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 g de agua de 14.5 C a15.5 C.Puesto que el calor es una transferencia de energa, hay una relacin entre estas unidades y las de energa mecnica como el joule.1 cal = 4.186 J1 kcal = 1000 cal 5 4186 J1 Btu = 778 ft.lb = 252 cal = 1055 JEnerga InternaLa energa interna se interpreta como aquella parte de la energa interna asociada con el movimiento aleatorio, relacionada con la temperatura llama energa trmica y la energa de enlace que es la energa potencial intermolecular. Hay que recordad que la energa potencial entre el sistema y su entorno no se incluye, por ejemplo al colocar un vaso de agua en una repisa alta esta cambia su energa potencial con respecto a tierra, pero esto no afecta las interacciones de las molculas del agua entre s, por lo que la energa interna del agua no cambia.El cambio de energa interna de un sistema durante un proceso termodinmico depende slo de los estados inicial y final, no de la trayectoria que lleva de uno al otro.Ejemplo:La energa interna de una taza de caf depende nicamente de su estado termodinmico: cunta agua y caf molido contiene, y a qu temperatura est. No depende de cmo se prepar el caf (es decir, la trayectoria termodinmica que llev a su estado actual).

CALOR ESPECFICO Y CALORIMETRA Calor especficoPara cantidad de calor usamos el smbolo Q. Cuando el calor est asociado a un cambio de temperatura infinitesimal dT, lo llamamos dQ. La cantidad de calor Q necesaria para elevar la temperatura de una masa m de cierto material de T1 a T2 es aproximadamente proporcional al cambio de temperatura y a la masa m del material. Q = mc DT , Donde c es una cantidad, diferente para cada material, llamada calor especfico del material..

Q = mc DTEjemplo:El agua tiene un calor especfico mucho ms alto que el vidrio y los metales utilizados en utensilios de cocina. Esto explica por qu se requieren algunos minutos para hervir agua en una estufa, aunque el recipiente alcanza una temperatura alta con gran rapidez.

CalorimetraCalorimetra significa medicin de calor.Una tcnica para medir calor especifico involucra el calentamiento de una muestra en alguna temperatura conocida Tx, al colocarla en un recipiente que contenga agua de masa conocida y temperatura Tw < Tx, y medir la temperatura del agua despus de que se logra el equilibrio. Esta tcnica se llama calorimetra.Calor latenteSe lo conoce como cambio de fase usaremos describir un estado especfico de la materia, como slido, lquido o gas. Por ejemplo el compuesto H2O existe en la fase slida como hielo, en la fase lquida como agua y en la fase gaseosa como vapor de agua.En trminos ms generales, para fundir una masa m de material con calor de fusin L se requiere una cantidad de calor Q, por:

Q = +- mLEjemplo:

Trabajo y calor en Procesos TermodinmicosEs la transformacin de un sistema, desde un estado de equilibrio trmico hasta otro estado. VARIABLES DE ESTADO:

Describen el estado de un sistemaDependen de las condiciones actuales del sistemaVolumen PresinTemperatura15VARIABLES DE TRANSFERENCIA:

Cambio en el estado de un sistema:

Positivas :La energa entra al sistemaLa energa se transfiere en la frontera del sistemaNegativas: La energa sale del sistemaCalorTrabajoDepende del proceso entre el estado inicial y final16Primera Ley de la Termodinmica Caso particular de la Ley de Conservacin de EnergaProcesos que solo cambian la energa interna y solo transfiere energa a travs de calor y trabajoVariacin de energa internaCalor Trabajo=+Cuando el calor fluye hacia o desde un sistema, el sistema gana o pierde una cantidad de energa igual a la cantidad de calor transferido.La energa trmica q se agregue a un sistema tiene dos funciones:1. Aumenta la energa interna del sistema2. Efecta trabajo en objetos externos al sistemaCalor agregado a un sistemaaumento de energa internatrabajo externo efectuado por el sistema. =+Por tal razn, la salida de energa nunca ser mayor a la entrada de energa en el caso ideal siempre sern iguales.Algunas aplicaciones de la primera leyde la termodinmicaComo modelo, considere la muestra de gas contenida en el mecanismo pistncilindro. Esta figura muestra el trabajo que se invierte en el gas y la energa que se transfiere mediante calor, de modo que la energa interna del gas se eleva.

Al aplicar la primera ley de la termodinmica a sistemas especficos, es til definir algunos procesos termodinmicos idealizados. Un proceso adiabtico es aquel durante el cual no entra ni sale energa del sistema por calor; Q=0.

Este resultado muestra que si un gas se comprime adiabticamente de modo que W sea positivo, en tal caso Eint es positivo y la temperatura del gas aumenta. Por lo contrario, la temperatura de un gas disminuye cuando el gas se expande adiabticamente.

Los procesos adiabticos son muy importantes en la practica ingenieril. Algunos ejemplos comunes son:

La expansin de los gases calientes en un motor de combustin interna

La licuefaccin de los gases en un sistema de enfriamiento y la carrera de compresin en un motor disel.Un proceso que ocurre a presin constante se llama proceso isobrico.En el proceso, los valores del calor y el trabajo son distintos de cero. El trabajo efectuado sobre el gas es un proceso isobrico es simplemente

Un proceso que tiene lugar a volumen constante se llama proceso isovolumetrico. En la figura anterior al sujetar el pistn en una posicin fija asegurara un proceso isovolumetrico. Ya que el volumen del gas no cambia en tal proceso. Por tanto, a partir de la primera ley se ve que, en un proceso isovolumetrico, porque W = 0

Esta expresin especifica que si se agrega energa mediante calor a un sistema que se mantiene a volumen constante, toda la energa transferida permanece en el sistema como un aumento en su energa interna.Un proceso que se presenta a temperatura constante se llama proceso isotrmico. Este proceso se establece al sumergir el cilindro de la figura en un bao de hieloagua liquida o al poner el cilindro en contacto con algn otro deposito a temperatura constante. La energa interna de un gas ideal solo es una funcin de la temperatura. En consecuencia, en un proceso isotrmico que involucra un gas ideal, Eint =0. Para un proceso isotrmico, se concluye de la primera ley que la transferencia de energa Q debe ser igual al negativo del trabajo consumido en el gas; es decir, Q=-W. Cualquier energa que entra al sistema por calor se transfiere afuera del sistema por trabajo; como resultado, en un proceso isotrmico no ocurre cambio en la energa interna del sistema.BibliografaSears Zemansky.2009. Fsica universitaria. Mxico. Addison-WesleySerway-Jewett. 2008. Fsica para ciencias e ingeniera. Mxico. CENGAGE Learning.Frederick J. Bueche.2008. Fsica General Schaum - Frederick J. Bueche. Mxico. COLLEGE PHYSICSHewitt, P. (2007). Fsica Conceptual (10 ed.). Mxico: Pearson Educacin.Jewett, R. A. (2014). Fsica para Ciencias e Ingeniera (9 ed.). Mxico: Cengage Learning