Primera ley de la termodinamica. Concepto de energía
Enviado por Karina Ake • 26 de Noviembre de 2015 • Apuntes • 1.632 Palabras (7 Páginas) • 91 Visitas
Primera ley de la Termodinámica
Los cambios de estado en un sistema son producidos por interacciones con el entorno a través del calor y del trabajo, que son dos distintos modos de la transferencia de energía. Es necesario llegar al equilibrio termodinámico para que las ecuaciones de estado sean validas al relacionar las propiedades del sistema.
Concepto de energía:
La energía está relacionada con la idea de una capacidad para realizar trabajo, transformar, o poner en movimiento objetos.
Todos los cuerpos, pueden poseer energía debido a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa y a algunas otras propiedades.
Es difícil definir energía debido a que no es un ente físico real. Es un valor (número escalar) que se asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción matemática de una propiedad de los sistemas.
Propiedades como temperatura, velocidad, carga eléctrica pueden ser medidas en un estado del sistema.
La energía no se puede medir directamente en un estado del sistema.
El cambio de energía de un sistema se calcula a traves de las propiedades mesurables( que se pueden medir) en un estado del sistema. El uso de la magnitud energía en términos prácticos se justifica porque es mucho más fácil trabajar con magnitudes escalares, como lo es la energía, que con magnitudes vectoriales como la velocidad y la posición.
Definición de Energía interna.
El cambio de energía total del sistema se puede descomponer en una suma de diferentes cambios en las formas de energía.
[pic 1]
Donde se puede distinguir entre la energía mecánica que incluye a las energía cinética y potencial ( Ek, Ep respectivamente) y una forma de energía termodinámica U también llamada energía interna debido a que es causada por la energía potencial y cinética dada por los componentes moleculares que constituyen el sistema.
U = Ek(interna) + Ep(interna) |
Es muy complicado tratar de obtener el valor de U mediante el cálculo de la energía cinética y potencial de todos los componentes moleculares del sistema, es más conveniente obtenerlo mediante propiedades que manifiesta el sistema y que pueden ser medidas, por lo que en termodinámica se acostumbra definir el cambio de energía interna como sigue:
ΔU = Q + W |
Donde Q es calor y W trabajo.
Como U es consecuencia del movimiento molecular es una propiedad de estado ya que depende del estado en el que se encuentra el sistema., por lo que la energía interna U no depende de la trayectoria que siguió el sistema entre el estado inicial y el estado final.
Definición de trabajo.
Cantidad que fluye del sistema a los alrededores a través de la frontera cuando hay cambio de estado y puede usarse para mover un objeto, por lo que se dice que
la cantidad de trabajo es igual a mgh donde m es la masa, g la aceleración debida a la gravedad, y h la altura del objeto.
Definición de calor.
Cantidad que fluye del sistema a los alrededores a través de la frontera cuando hay cambio de estado, el flujo está determinado por la diferencia de temperatura que existe entre el sistema y los alrededores y tiene dirección; va del objeto de mayor temperatura al de menor temperatura.
El trabajo y el calor solo se manifiestan en la frontera de un sistema.
El trabajo y el calor se manifiestan únicamente cuando hay cambio de estado.
El trabajo y el calor son percibidos por su efecto en el entorno (no se pueden medir directamente).
Por convención se considera que el trabajo realizado por el sistema es positivo y el trabajo efectuado sobre el sistema es negativo.
Por convención se considera que el calor que fluye de los alrededores hacia el sistema es positivo y en sentido inverso es negativo.
Signo del trabajo realizado:
W=mgh
el signo está condicionado por el valor que tome Δh, ya que m y g son siempre positivos
La diferencia de altura es:
Δh=h2−h1
Si el objeto se eleva
Δh>0
Entonces el trabajo será positivo
W>0
Si el objeto desciende
Δh<0
Entonces el trabajo será negativo
W<0
Signo del calor transmitido
El signo está condicionado al valor que tome ΔT.
Primera Ley
Si se considera un cambio infinitesimal de la energía interna (dU), sabemos que se manifestará en cambios muy pequeños de calor y trabajo (dQ y dW respectivamente)
||dU = dQ + dW||
como dU es una propiedad de estado (que depende del estado en que se encuentra) la deferencial es exacta y se representa con d, como el trabajo y el calor no dependen del estado del sistema y si dependen de la trayectoria que siguieron para cambiar de estado sus diferenciales no son exactas por lo que denotan por d.
El trabajo producido es la suma de las pequeñas cantidades de trabajo en cada etapa, de la misma forma el calor transferido desde el entorno es la suma de las pequeñas cantidades de calor transferidas en cada etapa.
[pic 2]
Al realizar la integración obtenemos:
∆U = Q + W |
donde
U2 − U1 = ∆U |
Energía interna por una transformación cíclica.
Definición ciclo: Es el proceso por el cual después de haber recorrido una trayectoria se llega a las condiciones iniciales.
El trabajo producido en una transformación cíclica es la suma de las pequeñas cantidades de trabajo en cada etapa, de la misma forma el calor transferido desde el entorno en una transformación cíclica es la suma de las pequeñas cantidades de calor transferidas en cada etapa.
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