PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

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UNIVERSIDAD NORORIENTAL PRIVADA

“GRAN MARISCAL DE AYACUCHO”

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE ADMINISTRACIÓN DE OBRAS

NÚCLEO CUMANÁ

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

        PROFESORA:                                                                    REALIZADO POR:

AMARILIS CORONADO                                                         GRECIA MORENO

         C.I.: 26.419.050

                                                                                            SABRINA VASQUEZ

           C.I.:27.351.791

CUMANÁ, MARZO 2020

1. ENUNCIE LA PRIMERA LEY DE LA TEMODINÁMICA Y DE UN EJEMLO DONDE SE ILUSTRE

El primer principio de la termodinámica es el principio de la conservación de la energía (propiamente, y de acuerdo con la teoría de la relatividad de la materia-energía), según el cual ésta no se crea ni se destruye, aunque sí puede transformarse de una forma a otra. Es decir, que siempre que desaparece una cantidad de cierta clase de energía aparece una cantidad exactamente equivalente de otra u otras clases.

De acuerdo con este principio, si un sistema absorbe una cantidad de calor ΔQ y realiza un trabajo ΔW su energía interna cambiará, pero deberá cumplirse: ΔU=ΔQ — ΔW

Los signos escritos en está igualada se ajustan al convenio de signos según el cual el calor absorbido y el trabajo realizado por el sistema se consideran positivos

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1. DEFINA: CALOR, MECANISMOS DE TANSFERENCIA DE CALOR, UNIDADES

El calor se define como la forma de energía que se transmite a través del límite de un sistema que está a una temperatura a otro sistema (o al medio exterior) a una temperatura más baja, por virtud de la diferencia de temperatura entre los dos sistemas. Esto es, el calor se transmite del sistema a mayor temperatura al de temperatura menor, y la misión de calor ocurre solamente porque hay una diferencia de temperatura entre los dos sistemas. Otro aspecto de está definición de calor es que un cuerpo nunca contiene calor. Más bien el calor se identifica solamente cuando cruza el límite. Por tanto, calor es un fenómeno transitorio.

• Unidades de calor

Debemos tener unidades para el calor como para todas las otras cantidades termodinámica. Consideremos como un sistema 1kg m de agua 14.5°C y metamos un bloque de cobre caliente en el agua. Si el bloque de cobre tiene tal nada y tal temperatura que cuando se establezca el equilibrio la temperatura del agua sea 15.5°C podremos definir nuestra unidad como la cantidad de calor transmitida del cobre al agua, y llamar a la unidad de calor kilocaloría, la cual se atrevía kcal.

En forma similar una "British thermal unit" que se atrevía Btu se puede identificar como la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de 1 lb m de agua de 59.5°C a 60.5°C. Más específicamente, está unidad es llamada la Btu a 60°C.

Ahora bien, el calor transmitido a un sistema se considera positivo, y e calor transmitido de un sistema se considera negativo. Esto es, calor positivo representa energía transmitida a un sistema y calor negativo representa energía transmitida del sistema. El símbolo Q se usa para representar calor.

En un proceso en el cual no hay transmisión de calor (Q=0) se llama proceso adiabático.

Desde una perspectiva matemática, el calor, como el trabajo, es una función de trayectoria y se le reconoce como una diferencial inexacta. Esto es, la cantidad de calor transmitida cuando el sistema sufre un cambio de estado 1 al 2, depende de la trayectoria que siga el sistema durante el cambio de estado.

• mecanismo de transferencia de calor

Si un bloque de cobre caliente se coloca en un cubo de agua fría,  el bloque de cobre se enfriará y el agua se calentará hasta que ambos tengan la misma temperatura, esto lo sabemos por experiencia. ¿Qué es lo que causa el decrecimiento en la temperatura del cobre y el aumento de temperatura del agua? Decimos que es el resultado de la transmisión de energía del bloque de cobre al agua.

Si consideramos el bloque caliente de cobre como un sistema y el agua fría en el cubo como otro sistema, reconoceremos que ninguno de los dos sistemas contiene calor originalmente (pero, por supuesto, sí contienen energía). Cuando el cobre se coloca en el agua, y los dos están en comunicación térmica, e calor se transmite del cobre al agua, hasta que se establece un equilibrio de temperatura. En este punto ya no tendremos transmisión de calor por más tiempo, debido a que no hay diferencia de temperatura. De esto se sigue que el calor se identifica en el límite del sistema, porque él se define como la energía que está siendo transmitida a través del límite del sistema.

3) DEFINA: TRABAJO, TIPOS DE TRABAJO MECÁNICO Y NO MECÁNICO, UNIDADES

Trabajo: es una interacción de energía ente un sistema y sus alrededores. Como se señaló, la energía es capaz de cruzar la frontera de un sistema cerrado en la forma de calor o trabajo. En consecuencia, si la energía que cruza la frontera de un sistema cerrado no es calor, debe ser trabajo.

• Tipos de trabajo mecánico

Trabajo de la frontera móvil:

El trabajo de frontera móvil es la forma primaria de trabajo en los motores de automóviles. Durante su expansión, los gases de combustión obligan a que el embolo se mueva, el cual a su vez fuerza al cigüeñal a rotar.

El trabajo de frontera móvil asociado con las maquinas o compresores reales no pueden determinarse con exactitud solo a partir de un análisis termodinámico, debido a que el pistón suele moverse a velocidades muy altas, dificultando que el gas en el interior se mantengan en equilibrio  

Trabajo gravitacional:

El trabajo efectuado por o contra un campo de fuerza gravitacional se define como trabajo gravitacional. En un campo gravitacional la fuerza que actúa sobre un cuerpo es F= mg

Donde m es la masa del cuerpo y g es la aceleración de la gravedad, la cual se supone constante

Trabajo de aceleración:

El trabajo asociado con un cambio en la velocidad de un sistema se llama trabajo de aceleración. El trabajo efectuado para acelerar un cuerpo es independiente de la trayectoria seguida y es equivalente al cambio en la energía cinética del cuerpo.

El signo del trabajo de aceleración se determina por inspección: positivo si es hecho por el sistema y negativo si se hace sobre el sistema

Trabajo del eje:

La transmisión de energía mediante un eje rotario es una práctica muy común de la ingeniería. Con frecuencia el momento de torsión (t) que se aplica al eje es constante, lo cual significa que la fuerza f aplicada también es un constante.

El signo de trabajo del eje se determina también por inspecciones: positivo si es hecho por el sistema y negativo si se efectúa sobre el sistema

Trabajo de resorte:

Es del conocimiento general que cuando una fuerza se aplica en un resorte, la longitud de este cambia. Cuando la longitud del resorte cambia en una cantidad diferencial dx bajo la influencia de una fuerza F, el trabajo efectuado es ÓWresorte= Fdx

Para determinar el trabajo de resorte total es necesario conocer una relación funcional ente f y x. En resortes elásticos lineales, el desplazamiento x es proporcional a la fuerza aplicada. Esto es F=kx (kN)

Donde k es la constante de resorte y tiene las unidades kN/m. El desplazamiento x se mide a partir de la posición de equilibrio del resorte (esto es x=0 cuando F=0)

• Trabajo no mecánico:

Los modos de trabajo no mecánicos pueden tratarse de manera similar si se identifica una fuerza generalizada F que actúa en dirección de un desplazamiento generalizado x en ese caso el trabajo asociado con el desplazamiento diferencial bajo la influencia de esa fuerza se determina de ÓW= F.dx.

Trabajo eléctrico: en el que la fuerza generalizada es el voltaje (el potencial eléctrico) y el desplazamiento generalizado la carga eléctrica como se analiza en la última sección.

Trabajo magnético: en el cual la fuerza generalizada es la intensidad de campo magnético y el desplazamiento generalizado el momento de dipolo magnético.

Trabajo de polarización eléctrica: en el que la fuerza generalizada es la intensidad de campo eléctrico y el desplazamiento generalizado la polarización del medio (la suma de los momentos de rotación de dipolo electico de las moléculas)

 4) SIMILITUDES ENTRE CALOR Y TRABAJO

• Calor y trabajo son, ambos, fenómenos transitorios. Los sistemas nunca tienen calor o trabajo, pero cualquiera o ambos cruzan el límite del sistema, cuando éste sufre un cambio de estado.
• Ambos, calor y trabajo son fenómenos de límite. Ambos se observan solamente en los límites del sistema y ambos representan la energía que cruza el límite del sistema.
• Ambos, calor y trabajo, son funciones de trayectoria y diferenciales inexactas.

5) DEMOSTRACIÓN DE LA ECUACIÓN MATEMÁTICA DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA EN SISTEMAS CERRADOS

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