Ejercicios resueltos aplicando la primera ley de la termodinámicaDescripción completa
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Descripción: Ejercicios Primera Ley
ENMSL Prof Juan Pablo Aranda LozanoDescripción completa
La termodinámica y la primera ley
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Taller termodinámicaDescripción completa
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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL PERU
SECCION INGENIERIA
MECANICA FACULT FACULTAD AD DE CIENCIA S E INGENIE RIA
AREA DE
ENERGIA
TERMODINAMICA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA CONSERVACION DE LA MASA
Uno de los conceptos más fundamentales de la ciencia es que la masa no puede crearse ni destruirse (una excepción a este principio es la teoría de la relatividad de Einstein). CONSERVACION CONSERVACION DE LA ENERGIA
LA ENER!A ENER!A N" #E $REA N! #E %E#&RU'E #L" #E &RAN#"R*A &RAN#"R*A %e forma seme+ante, se postula que la ener-ía se conserva en cualquier proceso que ten-a lu-ar en un sistema masa de control o volumen de control. Es decir EEN&RA / E#ALE 0 ∆ E#!#&E*A PRIMERA PRIME RA LEY: CICLO
El calor neto a-re-ado a un sistema que opera cíclicamente es i-ual en ma-nitud al tra1a+o desarrollado por 2ste
∫ ∂4 = ∫ ∂3
→
4NE&" 0 3 NE&"
PRIMERA LEY MASA DE CONTROL
Este principio axiomático postula la existencia de una propiedad extensiva del sistema (E) 5 esto es, que un cam1io en su valor, entre dos estados cualesquiera, es num2ricamente i-ual a la diferencia entre el calor neto a-re-ado a un sistema 6 el tra1a+o neto desarrollado por 2ste durante el proceso. proceso. Esta propiedad se conoce como Ener-ía Ener-ía del sistema dE = ∂4 − ∂3
→
∂4 =
siendo E 0 U 7 E$ 7 E8
→
∂4 = dU + dE$ + dE8 + ∂3
49: 0 ∆U 7 ∆E$ 7 ∆E8 7 3 9:
dE + ∂3
q9: 0 ∆u 7 ∆ec 7 ∆ep 7 ;9:
ENTALPIA (<) (=)
Es una propiedad sumamente importante importante en los análisis termodinámico termodinámicos. s. Esta propiedad termodinámica extensiva se define como < 0 U 7 p> = 0 u 7 pv Esta propiedad termodinámica no tiene nin-una interpretación física 6 constitu6e simplemente una una a-ru a-rupa paci ción ón de prop propie ieda dade dess que que se pres presen enta tan n frec frecue uent ntem emen ente te en los los anál anális isis is termodinámicos. CALORES CALORES ESPECIFICOS ($p) ($v) PROF. JAVIER TAMASHIRO H.
TERMODINAMICA
i
%os propiedades termodinámicas de -ran importancia están relacionadas con la entalpía 6 la ener-ía interna de una sustancia. Estas propiedades se conocen como calor específico a presión constante ($p) 6 calor específico a volumen constante ($v) 6 están definidas mediante las si-uientes expresiones $v
∂u = ∂& >
$p
∂= = ∂& p
$ada uno de los calores específicos denota la ra?ón de cam1io de una propiedad con respecto a la temperatura, mientras otra se mantiene constante. Las definiciones de los calores específicos implica que = 0 f(&,p)
$p 0 f(&,p)
u 0 f(&,v)
$v 0 f(&,v)
#in em1ar-o, cuando los -ases están a presiones relativamente 1a+as, los calores específicos dependen @nicamente de la temperatura. En el caso de los líquidos 6 los sólidos, los calores específicos $p 6 $v son esencialmente i-uales en ma-nitud 6 tam1i2n dependen @nicamente de la temperatura. EXPERIMENTO DE JOULE
Este experimento que lleva el nom1re de ames oule, quien lo reali?ó por primera ve? en 9BCD, requiere el uso del aparato mostrado en la fi-ura. Los tanques A 6 están sumer-idos en un 1aFo de a-ua. !nicialmente el tanque A contiene aire a :: atm de presión 6 el tanque está totalmente vacío. $uando el equili1rio t2rmico =a sido alcan?ado, se a1re la válvula =asta que las presiones en A 6 en se i-ualen. #e re-istra la temperatura durante el proceso 6 se encuentra que aquella no varía. %e1ido a que no =u1o variación de la temperatura del 1aFo de a-ua, oule conclu6ó que no existió transferencia de calor al-una entre el a-ua 6 el aire5 6 como el tra1a+o reali?ado por el aire es cero (expansión li1re) determinó, a partir de la primera Le6, que no =u1o cam1io de la ener-ía interna del aire durante el proceso. Además o1servó que durante el proceso la presión 6 el volumen del aire se modificaron, mientras que la temperatura 6 la ener-ía interna permanecieron invaria1les. A partir de estas o1servaciones conclu6ó que LA ENERGIA INTERNA DE UN GAS IDEAL ES SOLO FUNCION DE LA TEMPERATURA (esto se conoce como la Le6 de oule). 8or extensión la EN&AL8!A de un -as ideal tam1i2n depende sólo de la temperatura.
&ER*"*E&R"
8ARE% A%!AA&!$A
A
A!RE
PROF. JAVIER TAMASHIRO H.
vacío AUA
TERMODINAMICA
ii
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL PERU
SECCION INGENIERIA
MECANICA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIE RIA
AREA DE
ENERGIA
RELACIONES ENTRE LOS CALORES ESPECIFICOS
$p G $v 0 R
H 0 $p I $v
$p 0 (H R) I (H G 9)
$v 0 R I (H G 9)
CAMBIO DE ENERGIA INTERNA Y ENTALPIA (masa constante) Sustancia pua:
Gas!s i"!a#!s $Cp % C& c'nstant!s(:
∆U9: 0 U: G U9 0 m (u: G u9)
∆U 0 m $v (&: G &9)
∆<9: 0 <: G <9 0 m (=: G =9)
∆< 0 m $p (&: G &9)
∆u9: 0 u: G u9
∆u 0 $v (&: G &9)
∆=9: 0 =: G =9
∆= 0 $p (&: G &9)
CALOR PARA DIFERENTES PROCESOS
$onsiderando que el @nico tra1a+o presente es el de cam1io de volumen, que las ener-ías cin2tica 6 potencial son desprecia1les 6 que el proceso es sin fricción, la ecuación de la primera le6 quedaría expresada q 0 ∆ u 7 ∫ p dv
