Primera Ley De La Termodinamica

FISICOQUIMICA •ENERGIA, CALOR Y TRABAJO •EQUIVALENTE MECANICO DEL CALOR •PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

INGENIERA QUIMICA GODELIA CANCHARI PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

1

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

2

RESEÑA HISTORICA • la Primera ley de la termodinámica establece que si se realiza trabajo sobre un sistema, la energía interna del sistema variará. La diferencia entre la energía interna del sistema y la cantidad de energía es denominada calor. Fue propuesto a la vez por dos grandes científicos: Antoine Lavoisier y el físico alemán Julius von Mayer. PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

3

RESEÑA HISTORICA • Julius von Mayer (1814-1878) establece la primera ley o primer principio de la termodinámica, esta afirma que el calor y el trabajo son ínter convertibles. Julius von Mayer

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

4

RESEÑA HISTORICA • Los estudios decisivos que condujeron a establecer la equivalencia entre el trabajo mecánico y el calor fueron realizados en 1840 por James Joule en la Gran Bretaña. • Tales estudios estuvieron inspirados en los trabajos que Rumford había llevado a cabo casi cincuenta años antes en un trabajo titulado “EL EQUIVALENTE MECANICO DE CALOR” que data de 1843 y que fue publicado en 1850, Joule presentó evidencia inequívoca justificando las conclusiones de Rumford. PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

5

RESEÑA HISTORICA

James Joule

• “EL EQUIVALENTE MECANICO DE CALOR” que data de 1843 y que fue publicado en 1850, Joule presentó evidencia inequívoca justificando las conclusiones de Rumford. PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

6

equivalente mecánico del calor En el experimento de Joule se determina el equivalente mecánico del calor, es decir, la relación entre la unidad de energía joule (julio) y la unidad de calor (caloría). PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

7

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA • La primera ley de la termodinámica no es otra cosa que el principio de conservación de la energía aplicado a un sistema de muchísimas partículas. • Dada una cantidad de energía térmica ΔQ que fluye dentro de un sistema, debe aparecer como un incremento de la energía interna del sistema (ΔU) o como un trabajo (ΔW) efectuado por el sistema sobre sus alrededores: • ΔQ = ΔU + ΔW PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

8

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA • Dada una cantidad de energía térmica ΔQ que fluye dentro de un sistema, debe aparecer como un incremento de la energía interna del sistema (ΔU) o como un trabajo (ΔW) efectuado por el sistema sobre sus alrededores:

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

9

1ra Ley de la Termodinámica • El cambio de energía interna del sistema Se define como la cantidad • Q-W y es determinado por completo por los estados inicial y final del sistema. • La cantidad Q-W es independiente de la trayectoria. • El cambio de energía interna del sistema se expresa como :

Ef – Ei =

ΔE = Q - W

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

10

Calor • Calor es la Δ de energía (ΔE) a través de la frontera de un sistema que resulta de una diferencia de temperatura (ΔT) entre el sistema y sus alrededores. • Se usa el símbolo Q para la cantidad de energía transferida por este proceso. • La Caloría es la cantidad de energía necesaria para aumentar la T° de un grado de agua, el equivalente mecánico de calor es 1 cal = 4.186 J PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

11

Calor • La energía necesaria de Q para cambiar la T° de una masa (m) de una sustancia por una cantidad ΔT° Q = m.ce.ΔT° ce= calor específico m=masa de la sustancia de trabajo ΔT = diferencia de temperaturas Ce es función de la temperatura y es característico para cada sustancia. PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

12

Trabajo de expansión • El trabajo realizado por un gas a medida que cambia su volumen de cierto valor inicial Vi a cierto valor final Vf es :

W = ∫ P.dV

W = P (Vi - Vf )

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

13

Proceso Isócorico o a volumen = cte No hay variación de volumen del gas, luego

W = P (Vi - Vf )

W=0

Q=ncV(TB-TA) Donde cV es el calor específico a volumen constante PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

14

Proceso Isóbarico o a presión = cte

W= P (VB- VA) Q=ncP(TB-TA) Donde cP es el calor específico a presión constante PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

15

Proceso Isotérmica o a T = cte DE = 0 Q=W W = ∫P.dV….(1) Aplicando la ley de los gases ideales

PV=nRT P=nRT/V Reemplazando en la Ec (1)

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

16

Adiabática o aislada térmicamente, Q=0 Ecuación de la transformación adiabática Del primer principio Q=0 ΔE = Q – W = -PdV dE = -PdV ….(1) dE = nCvdT …..(2) Igualando 1 y 2

Integrando

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

17

Adiabática o aislada térmicamente, Q=0

Integrando

Donde el exponente de V se denomina índice adiabático g del gas ideal

Si A y B son los estados inicial y final de una transformación adiabática se cumple que PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI

18

Aplicaciones de la 1ra Ley de la Termodinámica

• La Energía Interna del sistema depende únicamente del estado del sistema. • En un gas ideal depende solamente de su temperatura. • Mientras que la transferencia de calor o el trabajo mecánico dependen del tipo de transformación o camino seguido para ir del estado inicial al final. • Proceso Cíclico : Ef – Ei Ef = Ei 19 • ΔE = 0 entonces Q=W PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ING. CANCHARI