Enuncie y explique la ley cero, la primera y segunda ley de la termodinámica

[pic 1]REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

 “SANTIAGO MARIÑO”

ESCUELA DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO MECANICO

EXTENSIÓN MATURÍN

Leyes de la Termodinámica.

Autor: José Antuares

Asesor Académico: Guillermo Blanco

Maturín Julio 2015

DESARROLLO:

Enuncie y explique la ley cero, la primera y segunda ley de la termodinámica.

La ley cero establece que “si dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico con tercero, están en equilibrio térmico entre sí”, no es posible concluir esta ley de las otras leyes de la termodinámica además de que sirve como base para la validez de la medición de la temperatura. Si el tercer cuerpo se sustituye por un termómetro, la ley cero se puede volver a expresa como dos cuerpos están en equilibrio térmico si ambos tienen la misma lectura de temperatura incluso si no están en contacto. Se llamo ley cero puesto que debía preceder de la primero y segunda ley de la termodinámica ya que se reconoció más de medio siglo después de la formulación de las mismas.

La primera ley de la termodinámica conocida como el principio de la conservación de la energía establece que “la energía no se puede crear ni destruir durante un proceso; solo cambia de forma”. Se sabe que una roca a una altura determinada posee cierta energía potencial, y que parte de esta se convierte en cinética cuando cae la roca. Los datos experimentales muestran que la disminución de energía potencial es exactamente igual al incremento en energía cinética cuando la resistencia del aire es insignificativo confirma el principio de la conservación de la energía para la energía mecánica. Un sistema que experimenta una serie de procesos adiabáticos desde un estado especifico 1 a otro 2. Al ser adiabáticos es evidente que estos procesos no tienen que ver en transferencia de calor, pero si con varias clases de interacción de trabajos estos experimentos indican la siguiente: “para todos los procesos adiabáticos entre dos estados determinados de un sistema cerrado, el trabajo realizado es el mismo sin importar la naturaleza del sistema cerrado ni los detalles del proceso”. Este enunciado, basado en gran medida en los experimentos hechos por Joule en la primera mitad del siglo XIX, no se puede extraer de ningún otro enunciado físico se reconoce como principio fundamental, primera ley de la termodinámica.

Ninguna maquina térmica puede convertir todo el calor que recibe en trabajo útil. Esta limitación de la eficiencia térmica de las maquinas forma la base para el enunciado de Kelvin-Planck que se expresa como “es imposible que un dispositivo que opera en un ciclo reciba calor de un solo dispositivo y produzca una cantidad neta de trabajo”. Es decir una maquina térmica debe intercambiar calor con un sumidero de baja temperatura así como una fuente de temperatura alta para seguir funcionando. El enunciado de Kelvin-Planck se puede expresar también como “ninguna maquina térmica puede tener eficiencia térmica de 100%” o bien: para que una central eléctrica opere el fluido de trabajo debe intercambiar calor en el ambiente, así como el horno.

El enunciado de Clausius, relaciona con refrigeradores o bombas de calor, se expresa como “es imposible construir un dispositivo que opere en un ciclo sin que produzcan ningún otro efecto que la transferencia de calor de un cuerpo de menor temperatura a otro de mayor temperatura. Se sabe bien que el calor por si solo, no se transfiriere de un medio frio a uno más caliente. El enunciado de Clausius no significa que sea irreprensible construir un dispositivo cíclico que transfiere calor de un medio frio a otro más caliente. De hecho, esta precisamente lo que hace un refrigerador domestico común. El enunciado establece simplemente que un refrigerador no puede operar a menos que su compresor sea propulsado mediante una fuente de energía externa, como un motor eléctrico. De este modo el efecto neto sobre los alrededores tienen que ver con el consumo de cierta energía en la forma de trabajo.

¿Qué es una función de estado? Explique

Es una propiedad de un sistema termodinámico que depende solo del estado del sistema, y no de la forma en que el sistema llego a dicho estado. Por ejemplo, la energía interna y la entropía son funciones de estado.

¿Cómo se relacionan el calor y el trabajo en los cambios de energía interna? ¿Qué son reacciones endotérmicas y exotérmicas?

Se relacionan ya que su valor depende del tipo de transformación que experimenta un sistema desde su estado inicial a su estado final. También el calor y el trabajo son fenómenos momentáneos. Los sistemas nunca poseen calor o trabajo, pero uno de ellos o ambos cruzan los límites del sistema, cuando un sistema sufre un cambio.

Reacción endotérmica: es aquella reacción que absorbe energía conforme se lleva a cabo, debido a que la entalpía de los productos es mayor a la entalpía de los reactantes. Son reacciones que no ocurren naturalmente a condiciones ambientales, por lo tanto no son espontáneas.

Reacción exotérmica: es aquella en la cual dos o más sustancias (reactivos), por la acción de una variable energética devienen en otras sustancias denominadas productos; las sustancias pueden ser elementos, o en su defecto compuesto.

¿Qué es entalpía y entropía? Explique y plantee ejemplos de la vida cotidiana.

Entalpía: es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que este puede intercambiar con su entorno, en una reacción química, si la entalpía de los productos es menor que la de los reactantes se libera calor y decimos que es una reacción exotérmica. Si la entalpía de los productos es mayor que la de los reactantes se toma calor del medio y decimos que es una reacción endotérmica. Ejemplo:

• El circuito cerrado de un fluido dentro de las cañerías de un sistema de refrigeración como los de los frigoríficos y el ambiente donde se acondiciona la temperatura que debe estar aislado del medio exterior.

• En un ambiente acondicionado por su hermeticidad las cosas guardadas en esta cámara (freezer, congelador, cámara frigorífica, etc) ceden energía (bajando su temperatura) a través de un intercambiador de calor llamado evaporador, hacia el fluido refrigerante, propiciando su cambio de estado de líquido a gas (líquido hirviendo), el que a su vez de acuerdo a la disposición del circuito cede energía (bajando la temperatura del fluido) al medio ambiente exterior (el aire que nos rodea) a través de otro intercambiador de calor llamado condensador.
• El proceso mediante el cual un sólido poroso (a nivel microscópico) es capaz de retener partículas de un fluido en su superficie tras entrar en contacto con éste.

Entropía: es el índice de la cantidad de energía no disponible en un sistema termodinámico dado en un momento de su evolución, en los intercambios de energía en forma de calor que se llevan a cabo entre un sistema y otro tiene sus propias leyes. Ejemplo:

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