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PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA - Coggle Diagram
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
La primera ley de la termodinámica Establece que la variación de la energía interna de un sistema es igual a la diferencia entre el calor cedido o absorbido y el trabajo realizado sobre el sistema, o ejercido por este. Esta es la misma ley de conservación de la energía y su expresión matemática es
U = Q - W
En la que ⌂U es la variación de la energía interna, Q es el calor absorbido o cedido y W es el trabajo realizado por el sistema o ejercido sobre él. de esta manera, cuando se realiza el trabajo sobre un sistema (W<0) o se le suministra Un calor (Q>0).
la energía interna aumenta y cuando el sistema realiza el trabajo (W>0) o el calor (Q<0), la energía interna disminuye
. Cuando se produce cambio en la energía interna (⌂U), como ocurre en la expansión de Un gas ideal a temperatura constante, el trabajo debe ser igual al calor absorbido, es decir Q = W. Considerando un gas contenido en un cilindro con un pistón, cuando su temperatura aumenta el gas se expande a presión constante y ejerce una fuerza sobre sus paredes que realiza un trabajo, que se expresa como:
W=P x ⌂V
Los procesos termodinámicos
Los procesos termodinámicos se observan en un gas y se clasifican en isotérmicos, adiabáticos, isobáricos e isocóricos
De denomina proceso isotérmico es una transformación termodinámica a temperatura constante. Es decir, una variación del estado de un sistema físico durante el cual la temperatura del sistema permanece constante.
Los procesos isotérmicos pueden ocurrir en cualquier tipo de sistema que tenga algún medio para regular la temperatura. A continuación enumeramos algunos ejemplos:
• Los cambios de fase de diferentes líquidos a través del proceso de fusión y evaporación son isotérmicos. Por ejemplo, la fusión del hielo a 0 grados.
• La máquina de Carnot. Parte del ciclo de Carnot se realiza ia temperatura permanece constante
EJEMPLOS DE PROCESOS ADIABÁTICOS
¿UN FRIGORÍFICO ES UN SISTEMA ADIABÁTICO? Un frigorífico en funcionamiento no es un proceso adiabático Cuando está parado actúa como un sistema adiabático. Cuando el motor está en funcionamiento transfiere el calor del interior al exterior. Pero sin el motor, las paredes evitan la transferencia de calor
• CICLOS DE LOS MOTORES TÉRMICOS Parte de los ciclos de los motores térmicos procesos adiabáticos.
El cilindro del pistón es nuestro sistema termodinámico.
Durante la fase de compresión del cilindro de un motor se transfiere calor. Sin embargo, la compresión se realiza tan rápidamente que el calor transferido es muy limitado Este proceso está idealizado para ser adiabático
• CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO ADIABÁTICO
La compresión adiabática de un gas provoca un aumento en la temperatura. También aumenta la energía interna del gas. La expansión adiabática causa una bajada en la temperatura.
En ambos procesos la energía del sistema permanece constante. No hay ni incremento ni pérdida de calor. Por el contrario, la expansión libre es un proceso isotérmico para un gas ideal.
Tales cambios de temperatura pueden cuantificarse utilizando
• La ley de los gases ideales.
• La ecuación hidrostática para los procesos atmosféricos.
• El calentamiento adiabático ocurre cuando la presión de un gas aumenta debido al trabajo realizado sobre ella por su entorno.
• El enfriamiento adiabático ocurre cuando la presión sobre un sistema adiabáticamente aislado disminuye. Esta disminución permite que se expanda. Al aumentar el volumen, baja la temperatura y su energía interna.
En termodinámica, un proceso isobárico es un cambio en el estado de una cierta cantidad de materia en la que la presión permanece constante. Lo que sí cambia es una o más de sus variables de estado. Si se transfiere calor al sistema se realiza trabajo y también cambia la energía interna del sistema
El proceso isobárico se rige por la ley de Charles. Según la ley de Charles, para una masa fija de gas ideal a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura de Kelvin.
Los procesos isobáricos están regulados por la primera ley de la termodinámica. En estos procesos, el incremento de la energía es igual al incremento de la entalpía menos la presión multiplicada por el incremento de volumen: ΔE = ΔH - P·ΔV.
EJEMPLOS DE PROCESOS ISOBÁRICOS
• Para comprender mejor este proceso termodinámico nos ayudará ver un par de ejemplos.
• Fase de expansión del cilindro de un motor.
• Ebullición de agua en un recipiente abierto.
• Calentamiento de un globo por efectos de la radiación solar.
El proceso isocórico es un proceso termodinámico que ocurre en un volumen constante. Para llevar a cabo un proceso isocórico en un gas o líquido, es suficiente calentar (enfriar) una sustancia en un recipiente que no cambia su volumen.
En un proceso isocórico, la presión de un gas ideal es directamente proporcional a su temperatura. En gases reales, la ley de Charles no se cumple.
Los gráficos están representados por líneas llamadas isocóros. Para un gas ideal, son líneas rectas en todos los diagramas que relacionan parámetros: T (temperatura) V (volumen) y P (presión).
