Energía

Calor Trabajo

Segunda ley de termodinámica

La primera ley de termodinámica Para el estudio de esta primera ley tendremos en cuenta lo siguiente:

• El calor Agregado es +

• El calor perdido es –

• El trabajo sobre el sistema es –

• El trabajo realizado por el sistema es +

La primera ley de la termodinámica es en un enunciado general de la conservación de la energía

El calor “ Q” que se agrega a un sistema menos el trabajo neto “W” realizado por el sistema es igual al cambio en la energía interna “ ΔU”

en forma de ecuación, el cambio en la energía interna de un sistema será :

ΔU= Q-W

La primera ley de termodinámica

Donde “Q” es el calor neto agregado al sistema y “W” es el trabajo neto realizado por el sistema.

Hay que tener en cuenta la convención de los signos para “Q” y “ W”. Como “W” es el trabajo, realizado por el sistema, entonces es positivo(+); si se realiza sobre el sistema “W” será negativo (-) y “ U” ( energía interna) aumentara. De igual modo , “Q” es positivo (+) para el calor agregado del sistema. De modo que si el calor sale del sistema entonces “Q” será negativo (-)

Uso de la primera ley

• Enunciado:

• A un sistema se agregan 2500 J de calor y 1800 J de trabajo que se realiza sobre el sistema.

• ¿ cual es el cambio en la energía interna del sistema?

Uso de la primera ley

Solución: El Calor agregado al sistema es Q: 2500 J

El trabajo realizado por el sistema es W: -1800 J

¿ porque el signo (-)? Porque 1800 J realizados sobre el sistema es igual a – 1800 J realizados por el sistema. Entonces tenemos que:

ΔU= 2500 J – (-1800 J) = 2500 J + 1800 J = 4300 J

El cambio de energía interna del sistema es de 4300 J

Uso de la primera ley

Enunciado: ¿ cual seria el cambio en la energía interna si al sistema se agregan

2500 J de calor y el sistema realizara 1800 J de trabajo?

Uso de la primera ley

Solución:

ΔU= 2500 J – 1800 J = 700 J

En este caso el cambio de energía interna será de 700 J

La segunda ley de la Termodinámica El desarrollo de un enunciado general de la segunda ley de la

termodinámica se basa en el estudio de las maquinas térmicas. Una maquina térmica: es cualquier dispositivo que convierte energía

termica en trabajo mecánico como por ejemplo las maquinas a vapor o los motores de los automóviles.

la eficiencia “e” de cualquier maquina termica se define como la razón entre el trabajo que efectúa “W” y la entrada de calor a la temperatura alta “QH”

e= W QH

La segunda ley de la Termodinámica Esta es una definición sensible dado que “W” es la salida (lo que se

obtiene del motor) mientras que QH es lo que se coloca. Como la energía se conserva, la entrada de calor que fluye de salida a la temperatura baja “QL”

QH= W + QL

por tanto W= QH - QL y la eficiencia de un motor es e= = W = QH - QL = 1- QL

QH QH QH

Eficiencia de un automóvil

Enunciado:

El motor de un automóvil tiene una influencia del 20% y produce un promedio del 23,000 J de trabajo mecánico por segundo durante su operación

¿Cuánta entrada de calor se requiere?

Eficiencia de un automóvil

Solución se requiere encontrar la entrada de calor QH así como la salida de calor QL

dados W= 23,000 J cada segundo y una eficiencia e=0.20 QH= w = 23,000 J = 115 KJ e 0,20 el motor requiere 115 KJ/s = 115 KW de entrada de calor ¿Cuánto calor se descarga como desperdicio de calor de este motor, por segundo ? Para resolver QL se resuelve la siguiente ecuación QL= 1- e de modo que QH

QL= (1-e) QH =(0.80) . 115 KJ = 92 KJ

El motor descarga calor al ambiente a una tasa de 92 KJ/S = 92KWDe los 115 KJ que entran al motor por segundo, solo 23 KJ realizan trabajo útil, mientras

que 92 KJ se desechan como salida de calor

SISTEMA

Entropía

• Cuando hablamos de entropía, lo importante es el cambio en la entropia durante un proceso, no la cantidad absoluta. El cambio en entropia “S” de un sistema, cuando se le agrega una cantidad de calor “Q” mediante un proceso reversible a temperatura constante, esta dado por:

ΔS = Q

T

donde “T” es la temperatura Kelvin

Cambios de la Entropia en la fusión

Enunciado:

Un cubo de hielo de 56 g de masa, se toma de un lugar de almacenamiento a 0° C , y se coloca en cono de papel. Después de unos minutos, se ha derretido exactamente la mitad de la masa del cubo de hielo, que se convirtió en agua a 0° C .

Encuentre el cambio en la entropia del hielo/agua

Cambios de la Entropia en la fusión solución :

Se considera que el sistema sesta constituido por los 56 g, de agua inicialmente en la forma de hielo. Para determinar el cambio en la entropia, primero se debe encontrar el calor necesario para derretir el hielo, lo que se hace utilizando el calor latente de fusión del agua

L = 333 KJ/Kg

El calor requerido para derretir 28 g de hielo ( la mitad del cubo de 56 g) es:

Q = m.L = ( 0.028 Kg) (333 KJ/Kg) = 9.3 KJ

la temperatura permanece constante en el proceso, así que el cambio en la entropia se encuentra :

ΔS = Q = 9.3 KJ = 34 J/K

T 273 K

Proceso Adiabático

• Proceso en el cual el sistema ni absorbe ni cede calor, es decir

Q = 0

El Proceso se puede lograr aislando térmicamente el sistema de sus alrededores o realizando proceso rápidamente. Como el flujo de calor es lento, cualquier proceso se puede hacer adiabático; si se efectúa con suficiente rapidez

ejemplo : la expansión de los gases calientes en maquinas de combustión interna

Proceso isobárico

Es aquel que ocurre a presión constante, esto implica que a medida que cambia la temperatura el volumen cambiara de forma

ejemplo :

es la ebullición del agua en un recipiente abierto.

Proceso Isotérmico

• La temperatura del gas se mantiene constante, cuando el volumen aumenta la presión disminuye.

• Ejemplo: un gas lo comprimes o lo expandes su temperatura es contante podemos encontrarlos en los conductos de gas, tanque de oxigeno.

Proceso Isocorico :

El volumen del gas se mantiene constante, cualquier cambio de temperatura vendrá acompañado de presión .

• Ejemplo :

el vapor en una olla a presión va aumentando su presión a medida que se calienta

GRACIAS POR SU

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