formulario termodinámica 1er periodo

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Termodinámica I Ingeniería Física 1 Formulario Termodinámica 1 er Periodo 1. Primera Ley de la Termodinámica. = + : Incremento en la energía interna de un sistema. : Calor absorbido o expulsado por el sistema. : Trabajo realizado por o sobre el sistema. Si se hace trabajo sobre el gas (Se comprime), entonces el trabajo es positivo. > 0 > 0 . Si el gas hace trabajo sobre los alrededores (Se expande), entonces el trabajo es negativo. < 0 < 0 . Cuando se proporciona calor a un gas, el calor es positivo. > 0 . Cuando se extrae calor a un gas, el calor es negativo. < 0 . = dE = dV = + ! ! = 0 2. Eficiencia Térmica = + ! ! = 0 = ! = 1 ! ! = 1 ! ! Nota: Se deben utilizar temperaturas absolutas, es decir, en Kelvins (K). 3. Calor específico y Capacidad Calórica = = = = : Calor absorbido o expulsado por el sistema : Masa física de la sustancia. : Masa molar de la sustancia. : Número de moles de la sustancia. : Calor específico. : Capacidad calórica. Fuente Caliente Fuente Fría W QE QA Tc Tf

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Termodinámica  I  Ingeniería  Física  

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Formulario  Termodinámica  1er  Periodo    

1.  Primera  Ley  de  la  Termodinámica.  ∆𝐸 =𝑊 + 𝑄  ∆𝐸:  Incremento  en  la  energía  interna  de  un  sistema.  𝑄:  Calor  absorbido  o  expulsado  por  el  sistema.  𝑊:  Trabajo  realizado  por  o  sobre  el  sistema.  

• Si  se  hace  trabajo  sobre  el  gas  (Se  comprime),  entonces  el  trabajo  es  positivo.   𝑊 > 0 ∆𝐸 > 0 .  • Si  el  gas  hace  trabajo  sobre  los  alrededores  (Se  expande),  entonces  el  trabajo  es  negativo.   𝑊 < 0 ∆𝐸 < 0 .  • Cuando  se  proporciona  calor  a  un  gas,  el  calor  es  positivo.   𝑄 > 0 .  • Cuando  se  extrae  calor  a  un  gas,  el  calor  es  negativo.   𝑄 < 0 .  

∆𝐸 = −𝑃∆𝑉    ⟹    dE = −𝑝dV  ∆𝐸 =𝑊 + 𝑄! − 𝑄! = 0  

 

 2.  Eficiencia  Térmica  

∆𝐸 =𝑊 + 𝑄! − 𝑄! = 0  

𝜂 =𝑊𝑄!

 

𝜂 = 1−𝑄!𝑄!

 

𝜂 = 1−𝑇!𝑇!  

Nota:  Se  deben  utilizar  temperaturas  absolutas,  es  decir,  en  Kelvins  (K).  

 

 3.  Calor  específico  y  Capacidad  Calórica  

𝑄 = 𝑚𝑐∆𝑇  

𝑄 = 𝑛𝐶∆𝑇  𝐶 = 𝑀𝑐  

𝑚 = 𝑀𝑛  𝑄:  Calor  absorbido  o  expulsado  por  el  sistema  𝑚:  Masa  física  de  la  sustancia.  𝑀:  Masa  molar  de  la  sustancia.  𝑛:  Número  de  moles  de  la  sustancia.  𝑐:  Calor  específico.  𝐶:  Capacidad  calórica.  

 

 

Fuente  Caliente  

Fuente  Fría  

W  

QE  

QA  

Tc  

Tf  

Termodinámica  I  Ingeniería  Física  

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4.  Ecuación  del  Gas  ideal  𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇  

𝑊 = 𝑃 · dV!!

!!  

• Ley  de  Boyle  Marriote  ⟹ 𝑝𝑉 = 𝑛𝑅𝑇  • Ley  de  Avogadro  ⟹ 𝑛 = 𝑃𝑉

𝑅𝑇  

• Ley  de  Guy  Lussac  ⟹ 𝑃 = !"#!  

• Ley  de  Charles  ⟹ 𝑉 = !"#!  

𝑃:  Presión    𝑉:  Volumen  𝑛:  Numero  de  moles  𝑇:  Temperatura  𝑅:  Constante  de  los  gases    

 

6.  Procesos  cuasiestáticos  de  los  Gases  ideales  

 

 

6.1  Proceso  Isocórico  (A  volumen  constante)  

∆𝑉 = 0  

∆𝐸 = 𝑄  𝑾 = 𝟎  (No  existe  ni  compresión  ni  expansión,  por  lo  tanto  no  hay  trabajo)  

𝑸 = 𝒏𝑪𝒗∆𝑻    

   

 6.2  Proceso  Isobárico  (A  presión  constante)  

∆𝑃 = 0  

∆𝐸 =𝑊 + 𝑄  

𝑾 = − 𝑃 · dV!!

!!= −𝑃 dV

!!

!!= −𝑃 𝑉

𝑉!𝑉!= −𝑃 𝑉! − 𝑉! = −𝑷∆𝑽  

𝑸 = 𝒏𝑪𝒑∆𝑻  Nota:  Notar  siempre  los  signos  menos.  

 

 

 

 

 

Leyes  que  se  desprenden  de  la  ecuación  de  los  gases    • 𝑃𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 ∴ 𝑃!𝑉! = 𝑃!𝑉!  •!!= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒   ∴ !!

!!=

!!!!  

• 𝑉 = !!= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 ∴ !!

!!=

!!!!  

• !"!= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 ∴ !!!!

!!=

!!!!!!  

 

Termodinámica  I  Ingeniería  Física  

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6.3  Proceso  Isotérmico  (A  temperatura  constante)  

∆𝑇 = 0  ∆𝐸 = 0  

𝑸 = −𝑾  

𝑾 = − 𝑃 · dV!!

!!= − 𝑃 𝑉,𝑇,𝑛 · dV =

!!

!!−

𝑛𝑅𝑇𝑉 · dV =

!!

!!− 𝑛𝑅𝑇

dV𝑉 =

!!

!!    − 𝒏𝑹𝑻 · 𝐥𝐧

𝑽𝒇𝑽𝒊

 

 

 

   

6.3  Proceso  Adiabático  (Sin  transferencia  de  calor)  𝑄 = 0  

∆𝐸 =𝑊  

𝑾 = 𝐶𝑣𝑛 · dT𝑇𝑖

𝑇𝑓  = 𝐶𝑣𝑛 dT

𝑇𝑓

𝑇𝑖  = 𝑪𝒗𝒏 𝑻𝒇 − 𝑻𝒊 = 𝐶𝑣𝑛

𝑃𝑓𝑉𝑓𝑛𝑅

−𝑃𝑖𝑉𝑖𝑛𝑅

= 𝐶𝑣𝑃𝑓𝑉𝑓𝑅

−𝑃𝑖𝑉𝑖𝑅

=↓  

𝑾   =  𝐶𝑣𝑅

𝑃𝑓𝑉𝑓 − 𝑃𝑖𝑉𝑖  =  𝟏

𝜸 − 𝟏𝑷𝒇𝑽𝒇 − 𝑷𝒊𝑽𝒊  

 

 Leyes  que  son  ciertas  en  un  proceso  adiabático:    

1)    𝑃𝑉! = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒  𝑃! · 𝑉!

! = 𝑃! · 𝑉!!  

 

2)  𝑇𝑉!!! = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒  

𝑇!𝑉!!!! = 𝑇!𝑉!!!!  

𝑇! = 𝑇!𝑉!𝑉!

!!!

 

 

 

 

Termodinámica  I  Ingeniería  Física  

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7.    Cv,  Cp,  y  γ    

𝐶! =𝟑𝟐𝑹 → 𝐸𝑛  𝑔𝑎𝑠  𝑚𝑜𝑛𝑜𝑎𝑡ó𝑚𝑖𝑐𝑜

𝐶! =𝟓𝟐𝑹 → 𝐸𝑛  𝑔𝑎𝑠  𝑑𝑖𝑎𝑡ó𝑚𝑖𝑐𝑜

 

𝑪𝒑 = 𝐶! + 𝑅  

𝐶! < 𝐶! → 𝐸𝑛  𝑔𝑎𝑠  𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙    

∑ =𝟓𝟐𝑹 → 𝐸𝑛  𝑔𝑎𝑠  𝑚𝑜𝑛𝑜𝑎𝑡ó𝑚𝑖𝑐𝑜

𝐶! =𝟕𝟐𝑹 → 𝐸𝑛  𝑔𝑎𝑠  𝑑𝑖𝑎𝑡ó𝑚𝑖𝑐𝑜

 

𝜸 =𝐶!𝐶!  

𝛾 =𝐶!𝐶!

=52𝑅32𝑅

=𝟓𝟑 → 𝐸𝑛  𝑔𝑎𝑠  𝑚𝑜𝑛𝑜𝑎𝑡ó𝑚𝑖𝑐𝑜

𝛾 =𝐶!𝐶!

=72𝑅52𝑅

=𝟕𝟓→ 𝐸𝑛  𝑔𝑎𝑠  𝑑𝑖𝑎𝑡ó𝑚𝑖𝑐𝑜

 

𝑹 = 8.314𝐽

𝑚𝑜𝑙 · 𝐾  

 

 

8.  Ecuación  Calórica  de  Estado    

𝐸 𝑇 = 𝑛𝐶!𝑇  

𝐸! = 𝑛𝐶!𝑇!  

𝐸! = 𝑛𝐶!𝑇!  

∆𝐸 = 𝑛𝐶!∆𝑇  

∆𝐸 = 𝑊 + 𝑄 =  𝑛𝐶!∆𝑇  

 

 

 

 

 

Termodinámica  I  Ingeniería  Física  

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9.  Ciclos  Termodinámicos  El  estado  final  del  ciclo  es  siempre  el  mismo  estado  inicial  del  mismo.  

𝐸𝑑𝑜! = 𝐸𝑑𝑜!  

Siempre  tiene  que  haber  una  curva  cerrada  (Superficie  cerrada)  en  el  diagrama  P-­‐V.  

Dirección  Horaria  (Negativa)  =    Máquina   𝑊 < 0  

Dirección  Anti  horaria  (Positiva)  =  Refrigerador   𝑊 > 0  

∆𝐸 = 0  

∆𝑇 = 0  ∆𝑉 = 0  

∆𝑃 = 0    

 

10.  Maquina  y  Refrigerador  de  Carnot  

 Máquina:  

𝑒!"#$%& = 𝜂 = 1−𝑇!𝑇!

=𝑇! − 𝑇!𝑇!

 

 

Refrigerador:  

𝐾!"#$%& = 𝜂!! ==𝑇!

𝑇! − 𝑇!