procesos termodinámicos (1)

8/19/2019 procesos termodinámicos (1)

1/13

Benemérita Universidad Autónoma De Puebla Centro de Estudios John F. Kennedy

CLA E !"PB#$$%!DCi&lo es&olar !$"'(!$"%

)e&&ión Pre*aratoria

TERMODINÁMICA

Kaitza Amaro EscobarIng. Alberto Cortés19 1! 1"


2/13

+b,etivoCom#ren$er %&é es la termo$in'mica #or me$io $el est&$io $e los $i(erentes #rocesos %&e éste com#r

-ntrodu&&ión)*&é signi(ica termo$in'mica+

,a #alabra #ro-iene $e $os #alabras griegasthermé / %&e signi(ica 0calor / 2dynamis / c&2o senti$ooriginal es (&erza #ero en la (3sica $in'mica se o#one a est'tica/ 2 se re(iere a cambios #or o#osicie%&ilibrio.

Entonces etimol4gicamente 0termo$in'mica ser3a la ciencia %&e est&$ia los cambios en los s(3sicos en los %&e inter-iene el calor.

5or lo tanto tenemos como $e(inici4n %&e la termo$in'mica es &na ciencia macrosc4#ica basa$a le2es generales res&ltantes $el e6#erimento. 7& ob8eti-o es obtener relaciones entre #ro#ie$amacrosc4#icas $e la materia c&an$o ésta se somete a &na -arie$a$ $e #rocesos.

También se oca $e la trans(ormaci4n $e la energ3a térmica en energ3a mec'nica 2 $el #roceso in-la con-ersi4n $e traba8o en calor

En lo anterior nos %&e$a &na #alabra %&e es im#ortante 2 $ebemos e6#licar Cambio. ,os e#&e$en cambiar 2 el est&$iar los cambios es la tarea (&n$amental $e la termo$in'mica.

a2 &na $i(erencia m&2 im#ortante entre los esta$os %&e se relaciona con s& com#ortamientocambio 2 esta es %&e :a2 esta$os $e e%&ilibrio 2 $e no e%&ilibrio.

Entonces #o$emos $ecir %&e &n sistema est' en &n esta$o $e e%&ilibrio c&an$o el esta$o $el siscambia con el tiem#o #ero #&es si cambia el entorno/ entonces cambiara el esta$o $el sistema.

A contin&aci4n $escribiré $os $e las c&atro le2es $e la termo$in'mica 2 $emostraremos me$e8em#los 2 $e(iniciones los #rocesos %&e estas com#ren$en.

,os temas a est&$iar son

• 5rimera ,e2 $e la termo$in'mica

• 7eg&n$a ,e2 $e la Termo$in'mica

• 5roceso isoc4rico

• 5roceso isob'rico

• 5roceso a$iab'tico• 5roceso isotérmico


3/13

Primera Ley de la ermodin/mi&a

D&rante la $éca$a $e 1;

$esarrollan$o esta le2. 7in embargo/ (&eron #rimero Cla&si&s en 1;>! 2 T:omson ?,or$ Kel-in@ $es#&és %&ienes escribieron los #rimeros en&ncia$os (ormales.

,a #rimera le2 $e la termo$in'mica establece %&e la energ3a no se crea/ ni se $estr&2e/ sino %conser-a. Entonces lo %&e esta le2 e6#resa es %&e/ c&an$o &n sistema es someti$o a &ntermo$in'mico/ el calor ce$i$o #or el sistema ser' ig&al al traba8o recibi$o #or el mismo/ 2 -ice-ersa

Es $ecir %&e

0 1 2En %&e0 es el calor $a$o #or el sistema al me$io ambiente 22 el traba8o realiza$o #or el me$ioambiente al sistema $&rante el ciclo.

As3 %&e en &n sistema cerra$o a$iab'tico/ o sea %&e/ no :a2 intercambio $e calor con otros sistementorno como si est&-iera aisla$o/ %&e e-ol&ciona $e &n esta$o inicial a otro esta$o (inal / eltraba8o realiza$o no $e#en$e ni $el ti#o $e traba8o ni $el #roceso %&e se &tiliz4

B #ara enten$er me8or ésta le2 es con-eniente $escom#onerla en $os #artes

•

El 3*rin&i*io de la a&&esibilidad adiab/ti&a45 El con8&nto $e los esta$os$e e%&ilibrio a los %&e #&e$e acce$er &n sistema termo$in'mico cerra$oes/ a$iab'ticamente/ &n con8&nto sim#lemente relaciona$o

• El *rin&i*io de &onserva&ión de la ener67a5El traba8o $e la cone6i4na$iab'tica entre $os esta$os $e e%&ilibrio $e &n sistema cerra$o $e#en$ee6cl&si-amente $e ambos esta$os conecta$os.

Este ltimo en&ncia$o est' sonien$o %&e 2a $e(ini$o el conce#to $e traba8o termo$in'mico/ t%&e los sistemas termo$in'micos s4lo #&e$en interaccionar $e tres (ormas $i(erentes

• Interacci4n m'sica.

• Interacci4n mec'nica.

• Interacci4n térmica.

B #or lo %&e sabemos $el traba8o este no -a a $e#en$er $el #roceso al %&e se sometan los sistema%&e s4lo -a a $e#en$er $e los esta$os inicial 2 (inal. B es a%&3 $on$e entra &na n&e-a -ariable $%&e se $e(ine comoener67a interna %&e nos -a a ser-ir #ara i$enti(icar el traba8o $e#en$ien$o la-ariaci4n %&e tenga.

Entonces #o$emos $e(inir a la energ3a interna/U / como &na -ariable $e esta$o c&2a -ariaci4n en &n#roceso a$iab'tico es el traba8o intercambia$o #or el sistema con s& entorno.


4/13

.

B c&an$o el sistema cerra$o #asa $el esta$o inicial A al esta$o (inal #ero #or &n #roceso %&ea$iab'tico/ la -ariaci4n $e la Energ3a $ebe ser ig&al/ #ero/ a:ora/ el traba8o %&e se intercambia

$i(erente $el traba8o a$iab'tico anterior. ,a $i(erencia entre los $os traba8os se $ebi4 :aber realiza$ome$io $e interacci4n térmica. B entonces la canti$a$ $e energ3a térmica intercambia$a * ?calor$e(ine como

Entonces al calor se le $e(ine como como &na -ariaci4n $e energ3a.

B es #or esta raz4n %&e en la 5rimera ,e2 $e la Termo$in'mica se &tiliza la le2 $e la conser-aci4n

energ3a.A#licaci4n

“La variación de energía de un sistema termodinámico cerrado es igual a la diferencia entre la cantidad de calor y la cantidad de trabajo intercambiados por el sistema con sus alrededores.”

B en s& (orma matem'tica m's sencilla se #&e$e escribir %&e #ara c&al%&ier sistema cerra$o

Don$e

es la -ariaci4n $e energ3a $el sistema/

es el calor intercambia$o #or el sistema a tra-és $e &nas #are$es bien $e(ini$as.

es el traba8o intercambia$o #or el sistema a s&s alre$e$ores.


5/13


6/13

Pérdidas de ener67aEn la #rimera le2/ las #ér$i$as $e energ3a %&e se $an en los #rocesos termo$in'micos no se mencionaEsas #ér$i$as son el res&lta$o $e la le2 cero $e la termo$in'mica 2 $e los tres ti#os $e trans(erencicalor %&e e6isten

• con$&cci4n

• con-ecci4n

•

ra$iaci4nC&an$o :a2 $os o m's c&er#os a $i(erente tem#erat&ra/ 2 se les #one en contacto o a cierta $istaalcanzan el e%&ilibrio térmico $es#&és $e &n tiem#o 2a sea #or con$&cci4n/ con-ecci4n o ra$iaci

El calor %&e realiza traba8o til es ig&al a la $i(erencia entre el calor total ce$i$o al sistema #or el$e alta tem#erat&ra menos el calor ce$i$o #or el sistema al $e#4sito $e ba8a tem#erat&ra.

De esta manera H * J %/ en %&e * es calor total/ % es calor %&e se #ier$e o ce$i$o #or el sistemel $e#4sito $e ba8a tem#erat&ra/ 2 H es traba8o til.


7/13

Pro&eso isob/ri&oTenemos como $e(inici4n $e #roceso isob'rico %&e es &n #roceso termo$in'mico %&e oc&rre a constante/ en él/ el calor trans(eri$o a #resi4n constante est' relaciona$o con el resto $e -ariabl?Traba8o/ ol&men@.

Donde:

Q = Calor transferido. U = Energía Interna. P = Presión.

V = Volumen.

Esto nos da a entender 8ue si la *resión no &ambia durante un *ro&eso9 se di&e 8ue éste es

isob/ri&o.

n e8em#lo $e &n #roceso isob'rico es la eb&llici4n $el ag&a en &n reci#iente abierto. Cocontene$or est' abierto/ el #roceso se e(ect a a #resi4n atmos(érica constante. En el #&nto $e eb&llila tem#erat&ra $el ag&a no a&menta con el a&mento $e calor/ en l&gar $e esto/ :a2 &n cambio $e a6ua a va*or .

http://1.bp.blogspot.com/-qV_53Tcz-c8/TWMJmd8KHyI/AAAAAAAAAB4/EeKO7u3bHe8/s1600/2.png


8/13

En esta imagen #o$emos obser-ar %&é oc&rre con las moléc&las $el ag&a en #roceso $e eb&llieste caso es &n sistema cerra$o 2 se #&e$e -er c4mo las moléc&las a:ora $e -a#or em#&8an el ém:acia arriba/ mantenien$o as3 &na #resi4n constante.

En &n $iagrama 5G / &n #roceso isob'rico a#arece como &na l3nea :orizontal.

http://3.bp.blogspot.com/-jvwhATMDF44/TWMJ12CawoI/AAAAAAAAAB8/JSdh5SulSWs/s1600/3.jpg


9/13

Pro&eso iso&óri&oComo $e(inici4n tenemos %&e es &n #roceso %&e se e(ect a a -ol&men constante sin %&e :a2$es#lazamiento 2 #or eso el traba8o :ec:o #or el sistema es cero.

n #roceso isoc4rico/ también llama$o #roceso isométrico o iso-ol&métrico es &n #roceso termo$inen el c&al el -ol&men #ermanece constanteL . Esto im#lica %&e el #roceso no realiza t#resi4nG-ol&men/ 2a %&e éste se $e(ine / $on$e 5 es la #resi4n ?el traba8o es #os2a %&e es e8erci$o #or el sistema@.

A#lican$o la #rimera le2 $e la termo$in'mica/ #o$emos $e$&cir %&e / el cambio $e la einterna $el sistema es

5ara &n #roceso isoc4rico es $ecir/ to$o el calor %&e trans(iramos al sistema se s&mar' a s& einterna/ . 7i la canti$a$ $e gas #ermanece constante/ entonces el incremento $e energ3a se#ro#orcional al incremento $e tem#erat&ra/

Don$e es el calor es#ec3(ico molar a -ol&men constante. En &n $iagrama 5G / &n #roceso isa#arece como &na l3nea -ertical

5ara enten$er me8or esto tenemos como e8em#lo

n reci#iente $e #are$es gr&esas %&e contiene &n gas $etermina$o/ al %&e se le s&ministraobser-amos %&e la tem#erat&ra 2 #resi4n interna se ele-an/ #ero el -ol&men se mantiene ig&al.

Es $ecir/ en &n #roceso isoc4rico no :a2 traba8o realizan$o #or el sistema. B no se a$iciona cal

sistema %&e ocasione &n incremento $e s& energ3a interna.


10/13

Pro&eso adiab/ti&o7e $e(ine como #roceso a$iab'tico a a%&él en el c&al el sistema ?generalmente/ &n (l&i$o %&e rtraba8o@ no intercambia calor con s& entorno. Es c&an$o &n sistema no gana ni #ier$e calor/ es $

!. E8em#lo,a tem#erat&ra a$iab'tica $e llama/ %&e es la tem#erat&ra %&e #o$r3a alcanzar &na llama si no#ér$i$a $e calor :acia el entorno.

En climatizaci4n los #rocesos $e :&mectaci4n ?a#orte $e -a#or $e ag&a@ son a$iab'ticos/ #&esto %:a2 trans(erencia $e calor/ a #esar %&e se consiga -ariar la tem#erat&ra $el aire 2 s& :&me$a$ relat

En el #roceso a$iab'tico la energ3a interna %&e realiza el traba8o $ecrece.

Pro&eso isotérmi&oEste #roceso lo #o$emos $e(inir como a%&el en el %&e la tem#erat&ra $el sistema #ermanece con

Es #osible :acer %&e la #resi4n 2 -ol&men $e &n gas -ar3en com#rimien$o &n gas $e (orma tan le#ermanezca en e%&ilibrio térmico con s&s alre$e$ores/ $e esta manera la #resi4n a&menta/ el -o$ismin&2e 2 s& tem#erat&ra es #r'cticamente la misma.Toman$o en c&enta la (4rm&la $e la #rimera le2 $e la termo$in'mica


11/13

:0 1 :U ; :2* incremento $e calor

incremento $e energ3aH incremento $e traba8o

B %&e al no :aber cambio $e tem#erat&ra tam#oco :a2 cambio $e energ3a interna en el sistema seobtiene

:0 1 :2

Dia6rama de P(

Diagrama 5G $el #roceso isob'rico


12/13

El $iagrama 5G ?5resi4n J ol&men@ es &sa$o #ara $escribir los cambios corres#on$ientes en -2 #resi4n en &n sistema. 7on com nmente &sa$os en termo$in'mica 2 (isiolog3a car$io-asc&lar.

De esta manera es m's ('cil com#ren$er/ en este caso/ el traba8o %&e se realiza en los $i(eren#rocesos termo$in'micos.

Con&lusionesDes#&és $e :aber est&$ia$o 2 com#ren$i$o los #rocesos termo$in'micos #o$emos concl&ir entoncesig&iente

a


13/13

procesos termodinámicos (1)

Documents

Transcript of procesos termodinámicos (1)