tema 2 primera ley de la termodinámica - dcb · 2017-07-28 · diferencia entre el ... equilibrio...
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Tema 2 Primera ley
de la termodinámica
M del Carmen Maldonado Susano
Objetivo
El alumno realizarábalances de energía ensistemas termodinámicos,mediante la aplicación dela primera ley de latermodinámica.
Contenido
2.1 Definición de termodinámica.Concepto de sistematermodinámico. Sistemastermodinámicos: abierto, cerradoy aislado. Frontera y ambiente.
TERMODINÁMICA
Es la ciencia que estudia laenergía, sus transformaciones,
los medios empleados paraefectuar dicha transformación
y aquellas propiedades queguardan alguna relación con laenergía.
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 límitereal o 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 AISLADO
Llamamos sistema aislado aaquel cuyas paredes no permitenni la transferencia de masa ni latransferencia 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.
PROPIEDAD TERMODINÁMICA
• Pueden clasificarse en:
PROPIEDAD TERMODINÁMICA
oPropiedades intensivas: sonindependientes de la masa delsistema (presión, latemperatura, la densidad, elvolumen específico, etc…).
PROPIEDAD TERMODINÁMICA
oPropiedades extensivas: Son aquellas que si dependen de la masa del sistema (masa, el volumen, peso, etc…).
Las propiedades extensivas son aditivas
en tanto que las intensivas no lo son.
Frontera
La frontera puede ser :
Frontera
Superficie fija
Variable con el tiempo
Clasificación de la Frontera
Pasaje de
masa
Permeable
Impermeable
Interacción térmica
Diatérmica
Adiabática
Interacción mecánica
Flexible
Rígida
Contenido
2.2. Conceptos de estado, proceso,ciclo y fase. Equilibriotermodinámico.
ESTADO
Es la condición en la que seencuentra un sistema en undeterminado momento y sepuede definir por dos o máspropiedades independientes.
ESTADO
En el caso de sustanciassimples, el estado se define pordos propiedades independientescomo pueden ser la presión y latemperatura.
CAMBIO DE ESTADO
Es el cambio de condiciónde un sistema.
Por lo tanto, proceso es elcambio continuo de Estado.
PROCESO
• Es la trayectoria o la sucesiónde estados por los que pasa unsistema para ir de un estadoinicial a otro final.
• Los procesos los podemosclasificar en:
CLASIFICACIÓN DE PROCESOS
Proceso
Reversible
Irreversible
PROCESO REVERSIBLE
oSÍ se puede regresar delestado final al estadoinicial siguiendo losmismos estados.
PROCESO IRREVERSIBLE
No se puede regresar delestado inicial al estadofinal siguiendo la mismatrayectoria ya que enrealidad en estos procesosno existen estadosintermedios.
PROCESO CASI ESTÁTICO (cuasiestático)
oNo hay variación en suspropiedades, sinembargo, si haydiferencia entre elestado inicial y el estadofinal.
PROCESO CÍCLICO
Es aquel en el que el sistemaparte de un estado deequilibrio inicial, transita porotro estado de equilibriodiferente y termina en elestado de equilibrio inicial.
Podemos decir que en la práctica todos los procesos
son irreversibles pero podemos idealizar los
procesos como cuasiestáticos en los cuales sólo existe un desequilibrio
diferencial entre los procesos.
Trayectoria
Es el camino quesigue el proceso.
Fase
Es el estado o condición decohesión intermolecular de lasustancia.
Todo cambio de fase implicaun cambio de estado.
Diagrama de Estado
Es un medio gráfico paramostrar un gran númerode datos termodinámicosen una sola hoja.
Estado de equilibrio de un sistema
El estado del sistema serepresenta por unpunto en un diagramaP-V.
Podemos llevar alsistema desde un estadoinicial a otro final através de una sucesiónde estados de equilibrio.
Contenido
2.3. Propiedades de las sustancias.Sustancia pura. Postulado deestado. Capacidad térmicaespecífica. Entalpia.
SUSTANCIA PURA
• Substancia que tiene unacomposición químicahomogénea e invariable entodas sus fases.
SUSTANCIA PURA
• Puede existir en más de unafase, de manera quemezclas de agua y vaporsiguen considerándosesubstancia pura.
SUSTANCIA PURA
• Mezclas de gases a vecespueden considerarsesubstancia pura si no haycambio de fase.
SUSTANCIA SIMPLE
• Es aquella cuyo estado sedefine por dos propiedadestermodinámicas intensivas quevarían independientemente.
ECUACIÓN DE ESTADO
• Es la relación que existe entrelas variables P, V, y T.
• La ecuación de estado mássencilla es la de un gas idealPV=nRT, donde n representa elnúmero de moles y R laconstante de los gases.
EJERCICIO
Cantidad Física
Intensiva o extensiva
Vectorial o escalar
Unidad en el SI
Fuerza
volumen
Energía potencial
Densidad
Presión
Peso
masa
Ejercicio. Complete la siguiente tabla:
Cantidad Física
Intensiva o extensiva
Vectorial o escalar
Unidad en el SI
Fuerza E V Newton
volumen E E m3
Energía potencial
E E Joule
Densidad I E Kg/ m3
Presión I E Pascal
Peso E V Newton
masa E Escalar kg