Termodinámica

M. del Carmen Maldonado Susano

03/04/20191

El alumno identificará e inferiráExperimentalmente la capacidadtérmica específica de algunassustancias, mediante la aplicación de laprimera ley de la termodinámica parasistemas cerrados y aislados.

03/04/20192

Objetivo

“La Termodinámica es la parte de la físicaque estudia la energía, sus transformacionesy los medios empleados para efectuar dichastransformaciones y aquellas propiedades delas sustancias que guardan alguna relacióncon la energía”.

03/04/20193

03/04/20194

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Es una propiedad Intensiva dela materia que nos indica laenergía molecular de uncuerpo.

Es la capacidad latente oaparente que poseen los cuerpospara producir cambios en ellosmismos o en el medio que losrodea.

Es la capacidad de producirtrabajo.

03/04/20196

Energía

En tránsito

Como propiedad del sistema

03/04/20197

03/04/20198

• Es aquella energía que se transfiereentre dos cuerpos o sistemas.

• Se manifiesta en dos formas:

En tránsito

Calor

Trabajo

Estas dos formas no son propiedades.

03/04/20199

Es energía que se transfiere entre 2cuerpos a diferentes temperaturas.

El calor no es una propiedad ya que suvalor depende del proceso seguido.

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Calor

Sensible

Latente

Elaboró. M en A M del Carmen Maldonado Susano

• Es el calor evidente al tacto y enel que se observa una variaciónde temperatura.

• No hay cambio de fase.

=2

1

T

TdTcmQ

)( 12 TTcmQ −=

03/04/201913

Q : Calor [J]

m : masa [kg]

c : capacidad térmica específica

T : temperatura [K]

• Es aquel necesario para convertir unasustancia de una fase a otra fase.

• Se absorbe o cede calor sin que seproduzca un cambio de sutemperatura.

• Matemáticamente:

mQ =

λ : entalpia de transformación (J /kg)

m : masa (kg)

• En este proceso la temperaturapermanece constante.

5.6 Capacidad térmica

específica.

03/04/201917Elaboró. M en A M del Carmen Maldonado Susano

03/04/2019Elaboró: M. del Carmen Maldonado Susano 18

Es la cantidad de energía enforma de calor que debesuministrarse a una sustanciapara aumentar su temperatura.

=

K

J

T

QC

Elaboró. M en A M del Carmen Maldonado Susano

❑ Es la cantidad de energía en forma decalor que se debe suministrar a unaunidad de masa de una sustancia,para que ésta aumente una unidad ensu temperatura.

❑ Matemáticamente se expresa como:

=

Kkg

J

Tm

Qc

❑ También se puede expresar como:

=

Kkg

J

m

Cc

Elaboró. M en A M del Carmen Maldonado Susano

( )P V I W=

03/04/201923

Emisión de Energía en unintervalo de tiempo.

V : diferencia de potencial o voltaje (V)I : Intensidad de corriente eléctrica (A)P: Potencia (W)

( )JtIVQ =

03/04/201924

t: tiempo (s)V : diferencia de potencial o voltaje (V)I : Intensidad de correiente eléctrica (A)Q: Calor (J)

03/04/201925

a) Modelo Matemático

b) Significado físico de la pendiente

c) Capacidad térmica específica del agua = ?

d) %Error de Exactitud

• En el laboratorio de Física se midió la Temperatura y eltiempo de una Masa de agua = 150g, V = 6 volt, I = 2.5 A.Con base en ello determine:

03/04/201927

Q (J) T (°C)

0 19

650 21

1650 23

2850 25

3850 27

6500 29

03/04/201928

Q (J) T (°C)

0 19650 211650 232850 253850 276500 29

m= 618.571429

b= -12199.8119

( ) )(81.1219957.618)( JCTC

JJQ −

=

03/04/201929

03/04/201930

La pendiente es la Capacidad Térmica

Cm =

Cm =

=

C

Jm 57.618

masa

Cc =

Para obtener la Capacidad Térmica específica,dividimos la pendiente entre la masa:

masa

Cc =

Ckg

Jc

=

15.0

57.618

KKg

JouleCe

OH = 4186

2

CKg

JouleCe OH

= 41232

Experimental

Teórico

1004186

41234186% xEE

−=

Experimental

5.1% =EE

5.1100% −=E

5.98% =E

03/04/201937

Un balín de hierro, de 2 [cm] de diámetro se coloca dentro de un tanque cúbico lleno

con agua como se muestra en la figura.

Si la densidad del hierro es 7 900 [kg/m3] y la aceleración gravitatoria del lugar es

9.78 [m/s2], determine:

a) La magnitud de la fuerza de empuje que experimenta el balín.

Fempuje = Wfluido desalojado Fempuje = masa* g

03/04/201938

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 límite realo 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 AISLADOLlamamos sistema aislado a aquel

cuyas paredes no permiten ni la

transferencia de masa ni la

transferencia 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.

5.6 Primera Ley de la

Termodinámica

03/04/201947

Se basa en el principio de la conservaciónde la energía.

“La energía ni se crea, ni se destruye sólo se

transforma”

Principio de la conservación de la Energía

EWQ =+

Principio de la conservación de la Energía

EWQ =+

UEpEcWQ ++=+

Es aquella que dependeexclusivamente de la velocidaddel cuerpo.

03/04/201951

2

2

1vmEc =

Es aquella que dependeexclusivamente de la posicióndel cuerpo en el universo.

03/04/201952

hgmEp =

03/04/201953

• Es la energía que un sistema posee, esdecir, es la suma de las diversas formasenergías que tienen las moléculas en unestado determinado como:

❑ Traslación❑ Rotación❑ Molecular❑ Eléctrica,❑ etc.

U

03/04/201954

• Se tiene una masa 1 de agua de 10 kg a una Tinicial de 10°C.

• Se tiene una masa 2 de agua de 35 kg a una Tinicial de75°C.

• Determine la Temperatura de equilibrio

021 =+ AguaAgua QQ

( ) ( ) 021 =−+− inicialeqAguaAguainicialeqAguaAgua TTCemTTCem

CTeq = 5.60

03/04/201957

h : entalpía de fusión (Joule /Kg)= 333,000 (Joule /Kg)

Masa del hielo = 50 gMasa del agua = 250 gT inicial del hielo = 1 °C

T inicial del agua = 30 °C

• Se tiene una mezcla de un cubo de hielo de 50 gramos yagua líquida(250 g) a una temperatura de equilibrio de 15°C.

• Obtener

• A) la Entalpía de fusión

• B) El %Error Exactitud

0=+ hieloAgua QQ

0)( =+− hmToTeqCem hieloAguaAguaAgua

hielo

AguaAguaAgua

m

)ToTeq(Cemh

−=

0=+ hieloAgua QQ

Kg

Jh 000,313=

hielo

AguaAguaAgua

m

)ToTeq(Cemh

−=

03/04/201961

Termodinámica y sus aplicacionesSecretaría de Energía (SENER)

Apuntes de Principios de EnergéticaNúñez Orozco Félix

Ejercicios tomados de exámenes colegiadosdel Depto de Física Experimental