termodinamica fisica b
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TERMODINAMICA
¿Que es Termodinámica?
Es el estudio de las relaciones entre lasdiferentes propiedades de la materia quedependen de la temperatura
La Primera Ley asegura la conservación de laenergía total, mecánica y calorífica y su posibletransformación de un tipo a otro
Sin embargo, la experiencia muestra que todo eltrabajo puede transformarse en calor, mientras queéste no puede convertirse totalmente en trabajo
¿Que es Termodinámica?
También la experiencia enseña que el calor siemprepasa del cuerpo más caliente al menos caliente.Esta es la esencia de la Segunda Ley de laTermodinámica
La primera ley permite las transformaciones deenergía
La segunda ley limita estas modificaciones enciertos sentido.
CONCEPTOS FUNDAMENTALESSistema: Es una porción de materia bien definida y
que puede considerarse limitada por unasuperficie cerrada, real o imaginaria.
La región no incluida en el sistema constituye elexterior o alrededores o ambiente
El sistema y su entorno forman el UNIVERSO
SISTEMAS AISLADOS, CERRADOS Y ABIERTOS
Transformación: Se llama transformación oproceso de un sistema a todo cambio en los
valores de las variables que lo determinan.
Como no todas las variables son independientes, elcambio en los parámetros en un proceso no esarbitrario
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
Un proceso reversible es unoque puede efectuarse de talmanera que a su conclusión,tanto el sistema como susalrededores regresan a lasmismas condiciones iniciales
Ej: La compresión de un gas encontacto con un deposito calientemediante granos de arena sobre elpistón
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
Un Proceso Reversible es aquel que seefectúa tan lentamente que se puedeconsiderar que es una serie de estados enequilibrio, y el proceso total se puede hacer ala inversa sin cambiar la magnitud del trabajoefectuado o del calor intercambiado
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
Si es imposible que el sistema o sus alrededoresregresan a sus condiciones iniciales el proceso esIrreversible
Ej: La expansión libre de un gas contenido dentro deuna membrana en un recipiente aislado
Equilibrio Termodinámico de un sistema: Elequilibrio termodinámico, o estado de un sistema,está determinado por los valores de la presión,volumen, temperatura y cantidad de sustancia queun sistema puede tener, cuando éste está enequilibrio mecánico, térmico y químico
Los valores de la presión, temperatura sellaman parámetros o variables del sistema
TRABAJO EFECTUADO POR UN GAS
Consideremos el trabajo efectuado por el gascontenido en un cilindro, que se expande yempuja el pistón desde a hasta b
El trabajo hecho por elgas, para un pequeñodesplazamiento, es:
El trabajo total es:
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
Un sistema puede efectuar o recibir trabajo, ytambién entregar o recibir calor del exterior, enconsecuencia, trabajo y calor son los medios detransferir la energía.
La experiencia muestra que si un sistema pasadel estado 1 al 2, cualquiera que sea la manera otrayectoria, la cantidad de calor recibida por elsistema, menos el trabajo realizado por él, esconstante .
Esta constante es, por definición, la variación deenergía interna entre el estado 1 y 2. Comosucede con otras formas de energía, sólo esposible definir diferencias de energía interna yno valores absolutos
En consecuencia:
CONVENCIÓN DE SIGNOS
El calor (Q) que recibe el sistema se considerapositivo, mientras que el entregado al exterior esnegativo
El trabajo (W) hecho por el sistema se considerarápositivo, mientras que el realizado sobre el sistemaes negativo
CONVENCIÓN DE SIGNOS
SISTEMA AISLADO
En un sistema aislado (no hay intercambio deenergía con el exterior), para cualquier procesoen el interior del sistema, Q=0, W=0 y, según laPrimera Ley, ΔU=0, es decir, que la energíainterna es constante.
En resumen, la energía interna de un sistemaaislado no puede modificarse por ningúnproceso interno del sistema.
APLICACIONES DE LA PRIMERA LEYLa primera ley se puede aplicar a algunos procesos sencillos:
a. Proceso Ciclico. Es cuando unsistema, por una serie deprocesos, vuelve a su estadoinicial
ΔU=0 , y Q=W
Módulo: W (ciclo)=Área encerrada por la curvaSigno: “-” si la curva se recorre en sentido
contrario a las agujas del reloj“+” si se recorren en sentido de las
agujas del reloj
Wciclo=Wa+Wb (-) área bajo a(+) área bajo b
APLICACIONES DE LA PRIMERA LEY
b. Proceso isobárico Presiónconstante
c. Proceso isométrico Es unproceso a volumen constante
W=0ΔU=Q Q= ncv(TB-TA)
d. Proceso isotérmico Es unproceso a temperatura constante
la energía interna de un gas perfectodepende solamente de latemperatura
ΔU=0 y Q= W
CAPACIDADES CALORIFICAS
• La capacidad calorífica nos da información sobrela energía interna Estructura molecular
• Capacidades Caloríficas en gases
CAPACIDADES CALORIFICAS. GAS IDEAL
Relación entre Capacidades Caloríficas en gasesideales.
Este proceso puede realizarserodeando e sistema de materialaislante o efectuándolo muyrápidamente, para que no hayaintercambio de calor con elexterior
e. Proceso adiabático Es cuandoun sistema no gana ni pierdecalor, es decir, Q=0
EXPANSIÓN ADIABATICA – CUASIESTATICA DE UN GAS IDEAL
y definimos la constante adiabática
CAPACIDADES CALORIFICAS EN GASES Y GRADOS DE LIBERTAD
CUADRO DE LAS TRANSFORMACIONES TERMODINAMICAS
Una máquina térmica trabaja con 3 moles de un gasmonoatómico, describiendo el ciclo reversible ABCD de la fig.Sabiendo que VC=2VB
a.- Calcular el valor de las variables termodinámicasdesconocidas en cada vértice.
b.- Deducir las expresiones del trabajo en cada etapa del ciclo
c.- Calcular el trabajo, el calor y la variación de energía interna
R=0.082 atm l/mol k; 1cal=4.186J; 1atm=1.013105Pa, cv=3R/2