Aplicaciones de la primera Ley de la termodinámica

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Título: Aplicaciones de la primera Ley de la termodinámica

CARRERA: INSTITUTU TECNOLOGICO SUPERIOR DE XALAPA

Semestre: 3                 Grupo: A[pic 2][pic 3]

Asignatura: TERMODINAMICA

Nombre del alumno: ALEXIS EMMANUEL GILBON SANTIAGO

Nombre del docente: I.B.Q. YESSICA GRAJALES MORALES

Matricula: 207O00888

Ciclo escolar:  JUL21-AGOS21

Lugar y Fecha (Xalapa, Ver., a 16 de 07 del 2021)

RESUMEN

La primera ley de la termodinámica, es la aplicación del principio de conservación de la energía, a los procesos de calor y termodinámico:

El cambio en la energía interna de un sistema es igual al calor añadido al sistema menos el trabajo realizado por el sistema.

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En los textos de Química es típico escribir la primera ley como ΔU=Q+W. Por supuesto que es la misma ley, -la expresión termodinámica del principio de conservación de la energía-. Exactamente se define W, como el trabajo realizado sobre el sistema, en vez de trabajo realizado por el sistema. En un contexto físico, el escenario común es el de añadir calor a un volumen de gas, y usar la expansión de ese gas para realizar trabajo, como en el caso del empuje de un pistón, en un motor de combustión interna. En el contexto de procesos y reacciones químicas, suelen ser más comunes, encontrarse con situaciones donde el trabajo se realiza sobre el sistema, más que el realizado por el sistema.

INTRODUCCION

“La energía total de un sistema aislado ni se crea ni se destruye, permanece constante”.

Se puede pasar de una forma de energía a otra, pero la energía ni se crea ni desaparece. Por ejemplo, en un motor térmico se puede convertir la energía térmica de la combustión en energía mecánica.

La primera ley de la termodinámica también se conoce como ley de la conservación de la energía. Esta ley termodinámica establece que, si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.

Visto de otro modo, esta ley permite definir el calor como la cantidad de energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Antoine Lavoisier.

una de las aplicaciones de la termodinámica está ligada a la ciencia de los materiales que estudia formas de obtener nuevos tipos de materiales que poseen propiedades químicas y físicas bien definidas la termodinámica podemos decirlo así es una de las bases de la ingeniería de materiales porque los procesos de fabricación de nuevos materiales implican bastante la transferencia de calor y trabajo para las materias primas, en las industrias los procesos industriales transforman materias primas en productos acabados utilizando maquinaria y energía

por ejemplo:

 en la industria láctea la transferencia de calor se utiliza en la pasteurización, en la fabricación de quesos como mantequilla

en la industria siderúrgica las altas temperaturas de los hornos causan la fusión de diversas sustancias permitiendo su combinación y producción de diferentes tipos de acero en la construcción de edificaciones en especial en las estructuras metálicas se tienen que tomar en cuenta sus propiedades al dilatarse o contraerse con los cambios de temperatura del ambiente en el estudio de los cambios de fase de las diferentes sustancias en la construcción de máquinas térmicas por ejemplo motores que funcionen con combustibles y refrigeradores etcétera.

Es necesario conocer la transferencia de calor, por ejemplo: para los ingenieros petroleros cuando perforan pozos la perforación debe ser constantemente lubricada porque la fricción de la perforadora con las rocas puede llegar a dañar la estructura de que se está perforando e inclusive colapsar, como te podrás dar cuenta la termodinámica es relevante para varios procesos por ello es muy importante su estudio en las carreras de química ingeniería eléctrica o incluso mecánica

DESARROLLO

La primera ley de la termodinámica es una generalización de la ley de la conservación de la energía, comprobada a partir de la experiencia.

Cualquier forma de energía puede convertirse en igual cantidad en energía térmica que se manifiesta en un cambio en la temperatura del sistema; pero la energía térmica y la energía química tienen limitaciones para convertirse totalmente en otras formas de energía, lo cual es considerado por la segunda ley de la termodinámica.

La primera ley establece una constancia en la suma de las diferentes formas de energía del sistema, pero no define la cantidad que de cada una de ellas está presente.

Para un proceso cíclico, el calor y el trabajo transferidos por el sistema está dado por la suma de los calores o trabajos en cada una de las etapas del ciclo y cuyo valor generalmente es diferente de cero por tratarse de funciones de trayectoria.

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Para un ciclo la primera ley de la termodinámica define que el trabajo producido en el entorno es igual al calor que fluye desde el entorno.

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Como el calor y el trabajo se anulan, existe una propiedad del sistema cuya integral cerrada es cero, por ser una función de estado. A esta propiedad se le conoce como energía interna. Por lo tanto:

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dQ –dW = dU

La energía interna U es una propiedad del sistema definida por la suma de las energías cinética, potencial, rotacional, vibracional, etc. de los átomos, moléculas o en general partículas que constituyen el sistema.

La última expresión es la representación matemática de la primera Ley de la termodinámica que relaciona los efectos del trabajo y el calor con la energía interna del sistema. Claussius enunció esta ley como: “La energía del universo es constante”.

¿Qué es la energía interna?

La energía interna es la energía necesaria para crear un sistema en ausencia de cambios en la temperatura o el volumen.

Joule realizó un experimento en el que concluía que la energía transferida en una máquina térmica pasaba a formar parte de la energía interna de la máquina.

Estas experiencias sirven para extender esta observación a todo sistema termodinámico y postular que: si a cualquier sistema aislado, le suministramos una cierta cantidad de energía mecánica W, ésta sólo provoca un incremento en la energía interna del sistema U, por la cantidad U de manera que:

ΔU = Wad

La variación de energía interna es igual al trabajo suministrado.

Esta igualdad que se aplica al sistema aislado, constituye la definición de la energía interna U.

La energía interna, en el sistema internacional de unidades se mide en julios (J).

La existencia de esta cantidad para cualquier sistema es el postulado conocido como: el primer principio de la termodinámica.

Entalpía

En la termodinámica de reacciones químicas y en los procesos no cíclicos son útiles cuatro cantidades llamadas "potenciales termodinámicos". Estos son la energía interna, la entalpía, la energía libre de Helmholtz y la energía libre de Gibbs. La entalpía se define por

H = U + PV

donde P y V son la presión y el volumen, y U es la energía interna. La entalpía es por tanto una variable de estado medible de forma precisa, puesto que se define en función de las otras tres variables de estado medibles de forma precisa. Es algo paralelo a la primera ley de la termodinámica en un sistema a presión constante

Q = ΔU + PΔV puesto que en este caso Q=ΔH

Se trata de una cantidad útil en el seguimiento de las reacciones químicas. Si como resultado de una reacción exotérmica se libera un poco de energía de un sistema, tiene que aparecer de alguna forma medible en función de las variables de estado. Un incremento de la entalpía H = U + PV se debería asociar con un incremento en la energía interna que podría medirse por la calorimetría, o por el trabajo realizado por el sistema, o por una combinación de los dos.

La energía interna U podría considerarse como, la energía necesaria para crear un sistema en ausencia de cambios en la temperatura o el volumen. Pero si el proceso cambia el volumen, como en las reacciones químicas que producen productos gaseosos, entonces se debe realizar trabajo para producir cambio en el volumen. En un proceso a presión constante, el trabajo que debemos realizar para producir un cambio de volumen ΔV es PΔV. Por tanto, el término PV se puede interpretar como el trabajo que se debe hacer para "crear espacio" para el sistema, si se presume que empezó con un volumen cero.

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