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