Primera Ley De La Termodinamica Y Muchos Conceptos Mas

Primera ley de la termodinámica

También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.

En palabras llanas: "La energía ni se crea ni se destruye: Solo se transforma".

Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:

Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.

Esta última expresión es igual de frecuente encontrarla en la forma ∆U = Q + W. Ambas expresiones, aparentemente contradictorias, son correctas y su diferencia está en que se aplique el convenio de signos IUPAC o el Tradicional.

Ley de los gases ideales

Con la ley de los gases ideales o perfectos comprobamos la relación que existe entre la presión, la temperatura, el número de mol-gramos de gas, la constante de los gases y la temperatura.

La ley de los gases ideales puede recibir el nombre de ley de Clapeyron debido a que fue creada por Benoit Paul Émile Clapeyron. Describe perfectamente la relación entre altas temperaturas y bajas presiones de los gases. La ley consiste en que la presión (en atmósferas) por el volumen (en litros) es directamente proporcional al producto del número de mol-gramos del gas (en moles), la constante (0,082atm•l/mol•K) y la temperatura (en kelvin): P•V=n•R•T .

También encontramos fórmula que une simplemente a la presión, el volumen y la temperatura: P1•V1/T1=P2•V2/T2 .

Para hallar esta fórmula nos basamos e la ley de Boyle-Mariotte que dice que con temperatura constante P1•V1=P2•V2 , la ley de Charles que a presión constante V1/T1=V2/T2 y por último, la ley de Gay-Lussac que indica que a volumen constante P1/T1=P2/T2 .

Gracias a esta ley y a las que contribuyen a su formación podemos calcular el estado de cualquier gas aunque con bajas temperaturas y altas presiones halla pequeños errores.

Proceso isotérmico es el cambio de temperatura reversible en un sistema termodinámico, siendo dicho cambio de temperatura constante en todo el sistema. La compresión o expansión de un gas ideal en contacto permanente con un termostato es un ejemplo de proceso isotermo, y puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto térmico con otro sistema de capacidad calorífica muy grande y a la misma temperatura que el gas; este otro sistema se conoce como foco caliente. De esta manera, el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expanda realizando trabajo. Como la energía interna de un gas ideal sólo depende de la temperatura y ésta permanece constante en la expansión isoterma, el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W. Una curva isoterma es una línea que sobre un diagrama representa los valores sucesivos de las diversas variables de un sistema en un proceso isotermo. Las isotermas de un gas ideal en un diagrama P-V, llamado diagrama de Clapeyron, son hipérbolas equiláteras, cuya ecuación es P•V = constante.

Proceso isotérmico: Comprime el gas lentamente, controlando que en todos los casos la temperatura permanezca lo más constante posible. • Grafique los valores de P versus V y (P.V) versus V. • Compare sus resultados con los que predice la ley de Boyle.

PROCESO ISOTÉRMICO: En este proceso la temperatura permanece constante. Como la energía interna de una gas ideal sólo es función de la temperatura, en un proceso isotérmico de un gas ideal la variación de la energía interna es cero (∆U= 0) La curva hiperbólica se conoce como isotérmica. TRABAJO ISOTÉRMICO: El problema pide que se determine el trabajo de un proceso cuasiestático isotermo en el que se dobla la presión

Para un gas ideal en un proceso isotérmico se cumple que: ∆U(T) = ∆H(T)=0 el calor y el trabajo (que son iguales) se pueden calcular: Q = W = n•R•T•Ln (V₂/V₁) = P₁V₁•Ln (P₁/P₂)

Proceso Isotérmico

Procesos Isobaricos

Un proceso isobárcio es un proceso de la termodinámicaque ocurre a una presión constante (iso = mismo, barico = presión). Las variables que cambian en este proceso son el volumen, y la energía interna.

La variación de calor en cualquier proceso termodinamico cumple con la conservación de la energía (primera ley de termodinamica) y es la siguiente

ΔQ = ΔU + W

donde:

ΔQ = variación de calor en [J]

ΔU = variación de la energía interna en [J]

W = Trabajo en [J]

En el caso de un proceso isotérmico, el trabajo se calcula así

W = PΔV

donde

P = presión en [Pa]

ΔV = variación de volumen en [m3] (volumen final - volumen inicial)

Por lo tanto, la variación de calor en un proceso isobárico sería la siguiente

ΔQ = ΔU + PΔV

Proceso isocórico

Un proceso isocórico, también llamado proceso isométrico o isovolumétrico es un procesotermodinámico en el cual el volumen permanece constante; ΔV = 0. Esto implica que el proceso no realiza trabajo presión-volumen, ya que éste se define como:

ΔW = PΔV,

donde P es la presión (el trabajo es positivo, ya que es ejercido por el sistema).

Aplicando la primera ley de la termod inámica , podemos deducir que Q, el cambio de la energía interna del sistema es:

Q = ΔU

para un proceso isocórico: es decir, todo el calor que transfiramos al sistema quedará a su energía interna, U. Si la cantidad de gas permanece constante, entonces el incremento de energía será proporcional al incremento de temperatura ,

Q = nCVΔT

donde CV es el calor específico molar a volumen constante.

En un diagrama P-V, un proceso isocórico aparece como una línea vertical. Desde el punto de vista de la termodinámica,

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