Termodinamica 1

La Primera Ley de la Termodinámica es la expresión más general del Principio de la Conservación de la Energía. Esta Ley es el producto de infinidad de experimentos y ha sido comprobada para todo caso, tanto en la naturaleza como en la tecnología. Consideremos que la energía interna total de un objeto o un sistema no es mas que la energía cinética de traslación, rotación o vibración que pueden poseer los átomos o moléculas, además de la energía potencial de interacción entre estas partículas. Entonces toda alteración de la referida energía será producida exclusivamente por la realización de trabajo sobre el sistema o la trasferencia de calor entre éste y su medio.

ΔQ = ΔW + ΔU donde U es la energía interna.

En cualquier proceso termodinámico, el calor neto absorbido por un sistema es igual a la suma del trabajo realizado por él sistema y el cambio en la energía interna del mismo.

Primera Ley de la Termodinámica

“En un proceso determinado, calor entregado a un sistema es igual al trabajo que realiza el gas más la variación de la energía interna”

Busquemos una expresión para calcular el trabajo ( W ) efectuado por un gas que se expande. El sistema consiste en un cilindro de gas y émbolo móvil: El émbolo tiene un área de sección transversal A y descansa sobre una columna de gas a una presión P.

El trabajo hecho por el gas cuando se expande a presión constante P sería ΔW = F ΔX pero F=PA donde P es la presión y A el área. Entonces ΔW = P A ΔX donde A ΔX = ΔV Representa el cambio de volumen del gas. ΔW = P ΔV

W

P.t

El trabajo realizado por un gas al expandirse a presión constante es igual al producto de la presión por la variación del volumen del gas. Gráficamente:

Como P es constante, la gráfica es una recta. El área bajo la curva es igual al trabajo. Este proceso se denomina Proceso Isobárico (a presión constante.) ΔQ = P (V f - V i ) + ΔU

Llamamos Proceso Isocórico o Isovolumétrico a aquel que se realiza a volumen constante. En este proceso no se realiza trabajo, el área bajo la curva es cero. ΔQ = ΔU

Por ejemplo: el proceso que ocurre cuando una mezcla de vapor de gasolina y aire explota en el cilindro de una motor de combustión interna es isocórico, ya que el volumen del cilindro se mantiene constante.

Proceso Isotérmico es el que se realiza a una temperatura constante, lo que implica que ΔU es nula. ΔQ = ΔW

Proceso Adiabático: Es el que se realiza sin que haya intercambio de calor entre el sistema y el ambiente. ΔW = ΔU Estos son muy importantes en la práctica de la ingeniería. Por ejemplo: Expansión de gases calientes en máquinas de combustión interna, la licuefacción de los gases en sistemas de enfriamiento y la fase de compresión de un motor diesel.