Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
La Primera Ley de la Termodinámica - Coggle Diagram
La Primera Ley de la
Termodinámica
Energía
Se define como una
cantidad física escalar que es una propiedad de los sistemas.
La definición mas simple dice que la energía es la
capacidad de realizar trabajo.
Desde el punto de vista de un sistema termodinámico, la energía total del sistema E no puede definirse de una manera simple.
Juole
Formas de energía
Energía mecánica
Se define como la forma
de energía que puede convertirse completamente en trabajo mecánico por un dispositivo
mecánico ideal.
energía potencial
energía cinética
Partiendo de la consideración de que el sistema termodinámico puede
desplazarse describiendo un movimiento rectilíneo de traslación, es posible considerar que existe una fuerza horizontal actuando sobre él que
provoca un desplazamiento horizontal dx.
Al considerarse un desplazamiento horizontal, no existen cambios en la
energía potencial. Por tanto, dicha fuerza puede ser expresada utilizando la Segunda Ley de Newton en la forma escalar F = ma.
Depende de su posición dentro
de un campo de fuerza gravitacional.
El cambio de energía
potencial gravitacional ∆Ep se evalúa como una cantidad de trabajo.
Es la básica unidad SI de la energía
Un joule es igual a la energía
cinética de un kilogramo masa en movimiento a la velocidad de un metro por segundo
Energía interna
En termodinámica se considera que el cambio total de
energía de un sistema está compuesto por tres contribuciones macroscópicas de energía, el cambio en la energía cinética asociado con el movimiento del sistema el cambio en la energía potencial asociado con la posición del sistema en el campo gravitacional terrestre el resto de los cambios se expresan como un cambio en la energía interna del sistema.
La energía interna es una propiedad extensiva del sistema y se
representa con el símbolo U.
El cambio en la energía interna en un
proceso se expresa como U2- U1
La energía interna específica se
expresa como u.
Un sistema termodinámico puede intercambiar energía con el
medio que lo rodea sin necesidad de que exista una transferencia de masa. Las formas de energía que desde el punto de vista de la
termodinámica interesan son el calor y el trabajo.
Calor (Q)
Es la energía en tránsito a través de un sistema
termodinámico debido a la diferencia de temperatura que existe entre un sistema y el medio que lo rodea o sus
alrededores.
La transferencia de calor se puede dar por cualquiera de
sus tres diferentes mecanismos conducción, convección o radiación, o por una combinación de éstos.
La conducción
Se da entre sólidos , en la convección es necesaria la
intervención de un fluido, mientras que el mecanismo de radiación se da por medio de ondas electromagnéticas en las cuales la
energía se puede transferir incluso en el vacío.
La velocidad de transferencia de calor
Se ve afectada
por dos aspectos. Uno de ellos es el gradiente de temperatura, ya que entre más grande sea dicho
gradiente se tendrá una tasa de transferencia mayor. El otro aspecto tiene que ver con la oposición que los
cuerpos involucrados presenten al flujo de calor a través de ellos.
Cuando no existe transferencia de calor entre el sistema y
sus alrededores durante un proceso, se dice que el proceso es adiabático
Si el proceso se da de tal
manera que la temperatura del sistema permanece manera que la temperatura del sistema permanece
constante se trata de un proceso isotérmico.
El criterio será el siguiente:
1 more item...
El calor es una forma de energía y por tanto, sus unidades corresponden a
las de energía que en el SI son el joule (J)
Una práctica muy común en
termodinámica es la de considerar al calor suministrado por unidad de masa (q) en este caso las unidades serán (J/kg).La velocidad de
transferencia del calor o flujo de calor está representada por Q y la unidades son (J/s) o watt (W).
En el caso de la convección, : la tasa de transferencia de calor se expresa a través de la ley de Enfriamiento de Newton:
Trabajo
Se define el trabajo como efecto
de una fuerza F que actúa a lo largo de un desplazamiento.
La fuerza y el desplazamiento son cantidades vectoriales , mientras el trabajo es una cantidad escalar
En termodinámica el trabajo se define como la interacción
de energía a través de las fronteras de un sistema y sus alrededores y es equivalente al efecto de una fuerza que
actúa a lo largo de una distancia
Al trabajo se le asigna la letra W como símbolo y
por ser una forma de energía, al igual que el calor ,sus unidades son unidades de energía,
específicamente el joule (J) si se expresa en unidades de energía por unidad de masa,será W
y sus unidades correspondientes el joule sobre kilogramo (J/kg). Cuando se refiere al trabajo
realizado por unidad de tiempo se le denomina potencia y se denota por el símbolo W y sus
unidades son el watt (W)
Trabajo eléctrico
Considérese un conductor eléctrico en el que existe un flujo de corriente.
Frecuentemente se encuentran sistemas termodinámicos que
involucran la transformación del trabajo eléctrico en calor debido a los efectos de resistencia eléctrica asociados al conductor, como el
caso de una resistencia que se sumerge en un recipiente que contiene agua para calentarla o el calefactor eléctrico que se utiliza
para elevar la temperatura de una habitación.
Trabajo en un eje o flecha
La energía transferida a un eje o flecha que rota es una aplicación que
frecuentemente se encuentra en sistemas termodinámicos. El torque T transferido a la flecha es constante lo que significa que la fuerza aplicada también es
constante. El torque se define por la fuerza multiplicada por el brazo de palanca.
Ecuación de trabajo generalizada
Una observación detallada de las ecuaciones para el trabajo muestra que dimensionalmente todas tienen la siguiente
forma.
propiedad intensiva cambio en una propiedad extensiva
Al expresar lo anterior en forma de una ecuación se tiene
La Primera Ley de la Termodinamica en
sistemas cerrados
La variación en la energía de un sistema durante
cualquier transformación es igual a la cantidad de energía que el sistema recibe de sus alrededores.
Balance de energía
En el caso de los sistemas cerrados, la energía puede cruzar la
frontera de dichos sistemas en forma de calor o trabajo, los cuales son dos formas de energía en tránsito diferentes entre
sí.
La Primera Ley de la Termodinámica no es otra cosa
que el principio de conservación de la energía.
Desde el punto de vista termodinámico, si el sistema
gana energía, esta energía ganada se perdió por los alrededores de tal manera que no se crea nueva
energía.
Balance de masa
Dentro de un sistema termodinámica, la masa del sistema
permanece constante. Es decir, en sistemas cerrados, también conocidos simplemente como sistemas, no existe
intercambio de masa a través de las fronteras del sistema.
