Primera ley de la termodinámica.
Cuando se añade calor (Q) a un sistema mientras
éste efectúa trabajo (W), la energía
interna (U) cambia en una cantidad igual a Q – W (calor - trabajo).
s la misma ley del
principio de conservación de la energía, la cual exige que para todo sistema
termodinámico se cumpla:
∆U = Q-W (cambio de la energia interna = calor - trabajo).
Siendo ∆U la energía interna del sistema.
Trabajo en los gases.
Se considera un gas contenido en un cilindro provisto de un
pistón, sobre el cual actúa la presión
atmosférica (P), cuando la temperatura del gas aumenta, el gas se expande a
presión constante, cuando el gas se expande ejerce una fuerza (F) sobre el pistón
y le produce un incremento (variacion o cambio) en su volumen (∆V), por lo cual el trabajo
realizado por el gas sobre el pistón es dado por:
W = P*∆V (trabajo = presión atmosférica * variación o cambio del volumen)
Procesos
termodinámicos.
un sistema pasa por un proceso termodinamico cuando al menos una de las coordenadas termodinamicas no cambia.
los mas importantes son los isotermicos y los adiabaticos.
Proceso adiabático.
Es aquel en el cual el
sistema (generalmente, un fluido que
realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático
que es además reversible se conoce como proceso isentrópico.
El término adiabático hace referencia a elementos que
impiden la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima
bastante a un límite adiabático. Otro ejemplo es la temperatura adiabática de
una llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama si no hubiera
pérdida de calor hacia el entorno. En climatización los procesos de humectación
(aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto que no hay transferencia de calor,
a pesar de que se consiga variar la temperatura del aire y su humedad relativa.
Es decir, que en este tipo de procesos se tiene que Q = 0.
Que de acuerdo con la primera ley de la termodinámica, tenemos que:
Q= ∆U +W
Como Q =0, entonces, ∆U = -W.
Esto quiere decir, que para un gas contenido en un cilindro
provisto de un pistón, cuyas paredes no permiten la transferencia de calor al
exterior, la variación de energía interna es igual al trabajo, ya sea realizado
por el sistema o sobre el sistema.
Proceso isotérmico.
La temperatura permanece constante. Como la
energía interna de una gas ideal sólo es función de la temperatura, en un
proceso isotérmico de un gas ideal la variación de la energía interna es cero
(∆U= 0) La curva hiperbólica se conoce como isotérmica.
De acuerdo con la
primera ley de la termodinámica tenemos:
Q = ∆U +W.
Como ∆U = 0, entonces, Q = W
Este proceso se
observa cuando en un pistón que contiene
un gas, después de suministrarle calor y producir cambios tanto en la presión
como en el volumen su temperatura permanece constante.
Proceso isobárico.
La presión permanece
constante, en este proceso, como la presión se mantiene constante, se produce
una variación en el volumen y por tanto el sistema realiza trabajo o se puede
realizar trabajo sobre el sistema.
De acuerdo con la primera ley de la termodinámica, tenemos:
Q = ∆U +W
Lo que quiere decir que en un proceso de tipo isobárico
tanto el calor transferido como el trabajo realizado ocasionan una variación de
la energía interna.
Proceso isométrico
En este proceso el volumen permanece constante, es decir que
en este tipo de proceso el volumen no varía y por tanto el trabajo es igual a
cero, lo que significa que W= 0.
De acuerdo con la primera ley de la termodinámica tenemos:
Q = ∆U +W
Como W=0, entonces Q = ∆U
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