Respuestas de la Primera Ley De La Termodinámica

1. ¿Cuáles son las convenciones de signo para el trabajo y el calor en la primera ley de la Termodinámica?

Respuesta:

Si se le suministra calor Qal sistema este se asume como positivo y si el calor se transfiere del sistema a los alrededores es negativo. Es decir:

q > 0: se transfiere calor del entorno al sistema q < 0: se transfiere calor del sistema al entorno

Cuando el trabajo Wes hecho por el sistema este se considera positivo y si el trabajo se hace sobre el sistema es negativo. Es decir:

w > 0: el entorno efectúa trabajo sobre el sistema w < 0: el sistema efectúa trabajo sobre el entorno.

2. ¿Por qué se definen así estas convenciones?

Respuesta:

Ya que se debe establecer un estado de referencia inicial y a partir de ahí se estudia un estado particular de un sistema, es decir, como la ecuación de la primera ley dice que la suma de todos los calores es igual a la suma de todos los trabajos que atraviesan un sistema cuando éste cumple con un ciclo. Esta suma de calores y trabajos, debe hacerse en forma algebraica es decir, debe tomarse en cuenta los signos tanto de los trabajos como de los calores.

3. ¿Cuándo ocurre que ?

Respuesta:

La energía de un sistema termodinámico está compuesta por la energía mecánica, energía cinética y la energía potencial; además de la energía interna generada por el movimiento de interacción de las partículas a corta distancia, que constituyen el sistema. Entonces, la energía no se crea, sino que se transforma,

siendo durante esta transformación cuando se ponen de manifiesto las diferentes formas de energía.

4. Ejemplificar un móvil perpetuo de primera especie y explicar por qué viola la primera ley de la termodinámica.

Respuesta:

Por definición el movimiento perpetuo describe el movimiento que continúa

indefinidamente sin ninguna fuente externa de energía, imposible en la práctica

debido a la fricción. Y una máquina de movimiento perpetuo de primera especie

produce trabajo sin el aporte de energía externa y sujeta a ninguna perdida, además

está creando energía de la nada y pasado el tiempo seguirá funcionando sin

detenerse. Por lo tanto, viola la primera ley de la termodinámica que es la “ley de

conservación de la energía”. Además en cualquier sistema aislado, no se puede crear

una nueva energía

5. Considere un diagrama P - V para un sistema cerrado. Describa las trayectorias o

rutas que el sistema seguirá si se expande desde un volumen   hasta un

volumen   para proceso isotérmico, un proceso cuasiestático y un proceso adiabático.

Respuesta:

El volumen aumenta de A a B y la presión y la temperatura disminuyen de p1a p2 y T1aT 2 respectivamente.

En el proceso adiabático es en el que hay intercambio de calor entre el sistema termodinámico y el entorno. Si un gas pasa del estado inicial A hasta el estado final B se produce una expansión adiabática.

El proceso isotérmico es el que se realiza a temperatura constante, si un gas pasa del estado inicial A hasta el estado final B (fig.) se produce una expansión isotérmica.

En un proceso cuasi-estático el proceso es reversible

6. ¿Para qué proceso el sistema realiza más trabajo?

Respuesta:

En el proceso Isotérmico el sistema ha realizado un trabajo, pero la temperatura no ha variado.

En un proceso cuasi-estático el trabajo disipativo es nulo.

En el proceso adiabático el sistema realiza trabajo y la temperatura ha descendido de T AaT B

∆U=−W

En la gráfica anterior (expansión de A a B), el trabajo de expansión será el área V A−A−B−V Bsi no hay trasvasijamiento y el área pA−A−B−pBen el caso con trasvasijamiento. En ambos casos está el supuesto de compresión sin roce.

En un ciclo cerrado, si el ciclo se recorre en contra de los punteros del reloj, el trabajo intercambiado es negativo (ciclo que absorbe trabajo).

7. ¿Para qué proceso hay intercambio de calor? ¿Se agrega o se quita?

Respuesta:

Como la temperatura no ha variado en un proceso isotérmico la variación de energía interna es nula y por el primer principio el calor es igual al trabajo producido

∆U=0

En un proceso cuasi-estático no hay disipación de calor

En el proceso adiabático hay intercambio de calor entre el sistema termodinámico y el entorno entonces Q=0

8. ¿Es el estado final del sistema el mismo después de cada proceso?

Respuesta:

Al final de cualquier proceso de transformación energética nunca puede haber más o menos energía que la que había al principio, siempre se mantiene. La energía no se destruye, es decir el estado final es el mismo ya que se debe cumplir

el principio de conservación de la energía, o sea la primera Ley de la Termodinámica.

9. Obtenga las expresiones para el trabajo realizado por el sistema para cada uno de los procesos antedichos.

Respuesta:

Proceso isotérmico: ⟹W=Q

Proceso cuasi-estático: ⟹W=0

Proceso adiabático: ⟹W=−∆U