Termodinamica

INTRODUCCIÓN

En termodinámica el concepto de sistema se entiende como cualquier región o porción de materia que se desee estudiar, analizar, desde el punto de vista energético. Este puede sufrir una sucesión de transformaciones que lo llevan desde un cierto estado “inicial” (en el que el sistema se encuentra a una cierta presión, volumen y temperatura) a un estado final en que en general las variables termodinámicas tendrán un valor diferente. Dentro de este contexto se realizara la selección de un sistema termodinámico para su posterior análisis con los contenidos de la unidad 1 de la Ley Cero, Trabajo y la Primera ley de la Termodinámica.

GENERAL

Introducirnos en los sistemas termodinámicos, a través de la Ley Cero, Trabajo y la Primera ley de la Termodinámica.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Seleccionar un sistema termodinámico, definirlo, identificar sus límites y sus alrededores.

• Identificar si se trata de un sistema termodinámico abierto, cerrado o aislado.

• Identificar el tipo de proceso al que se somete el sistema termodinámico: isobárico, isotérmico, isocórico o adiabático.

• Realizar cálculos de calor y trabajo en el proceso.

SISTEMA TERMODINÁMICO: AGUA EN EBULLICION

Tomaremos como sistema termodinámico la ebullición de 4litros de agua contenidos en un recipiente sin tapa. Antes de iniciar la ebullición el agua se encontraba a 32°C, después de unos minutos el volumen de agua se reduce a 1litros, la presión en el lugar es de 2 atmosferas constantes.

Este sistema presenta las siguientes características:

Característica Observaciones

Sistema abierto Porque sale materia- energía a través de sus límites; debido al de vapor de agua

Frontera o límite Paredes del recipiente, no cuenta con tapa

Sistema Agua (líquida y en vapor), recipiente, la estufa.

Proceso termodinámicos Se presentan interacciones térmicas: intercambio de calor-vapor entre el sistema y los alrededores.

El proceso termodinámico es irreversible debido a la disminución del volumen, por la evaporación del agua.

Es un proceso isobárico debido a la presión constante.

A continuación se realizaran cálculos de calor y trabajo inventados para el proceso de ebullición del agua.

CALOR NECESARIO PARA ELEVAR LA TEMPERATURA A 100° C

H = mcp (T2 – T1)

Datos: 4lts de agua=4Kg de agua - 1Kcal=4,187J

Para el agua: Cp = 1 Kcal / kg

Q=4Kg*4,187J/Kg°C(100°C-32°C)=1138,864Joules

Q=1138,864J*1Kcal/4,187J=272Kcal

CÁLCULOS DE TRABAJO

El trabajo realizado durante el proceso de ebullición se ve representado en el vapor que sale del recipiente, se calculara el trabajo que se requirió para la evaporación de 3 litros de agua:

W=P.V

W=p* (V2-V1)

Datos:

Como la densidad del agua es 1 g/cm3 entonces:

V1=4lts de agua=4Kg de agua = 4000gr = 4000cm3 = 0,004m3

V2=1lts de agua =1 kg de agua = 1000 gr = 1000 cm3 = 0,001m3

1Kcal=4,187J

2 atmosferas = 202,649 pascales

Pasando a SI tenemos:

Volumen inicial-V1: 4000cm3 * 1m3/1000000cm3= 0,004m3

Volumen final-V2: 1000cm3 * 1m3/1000000cm3= 0,001m3

Como la presión es constante para este proceso y es de 2 atm

Pasando a SI tenemos:

202.649 kPa = 202649 N/m²

Ahora hallamos el trabajo:

W=P * (V2-V1) =

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