1 Primera Ley de la TermodinámicaTrabajo y Procesos Primera Ley de la Termodinámica

2 Primera Ley de la TermodinámicaEs la expresión matemática del Principio de Conservación de Energía. Para Termodinámica: Energíascomo propiedad del sistema = Energíasen tránsito Energíascomo propiedad del sistema = EInterna + Emecánica Emecánica = Ecinética + Epotencial gravitacional Energíasen tránsito = Q + W Considerando que no hay cambios en Emecánica  ΔU = ΔQ + ΔW

3 Procesos Principales Proceso Isométrico Proceso IsobáricoΔv =0 Proceso Isobárico ΔP =0 Proceso Isotérmico ΔT =0 Proceso Adiabático ΔQ =0

4 Procesos Principales Proceso PolitrópicoEs todo proceso con gas ideal en el que el producto de la presión por el volumen específico permanece constante. Donde n es el índice politrópico

5 Procesos PolitrópicosSi n = 0  Proceso Isobárico Si n = 1  Proceso Isotérmico Si n =   Proceso Isométrico Si n = k  Proceso Adiabático Donde: y

6 Trabajo para Proceso IsométricoΔv =0 NO HAY TRABAJO ΔU = ΔQ

7 Primera Ley para Proceso IsométricoΔU = ΔQ ΔU = mcvΔT

8 Trabajo para Proceso Isobárico

9 Primera Ley para Proceso IsobáricoΔU = ΔQ+ ΔW ΔW =-P(V2-V1) ΔU = ΔQ-P(V2-V1) ΔQ = ΔU+P(V2-V1) =(U2+ PV2)-(U1 -PV1) ΔQ = H2-H1

10 Trabajo para Proceso Isotérmico

11 Primera Ley para Proceso IsotérmicoΔU = ΔQ+ ΔW El proceso debe realizarse muy lentamente para que no cambie la temperatura y es como si la energía interna no cambiara.

12 Trabajo para Proceso AdiabáticoΔQ =0

13 Primera Ley para Proceso AdiabáticoΔU = ΔW ΔU = mcvΔT

14 Procesos Principales

15 Consideraciones de la Primera LeySi no hay trabajo mecánico: ΔU = ΔQ Sistema está aislado térmicamente: ΔU = ΔW Si el sistema realiza trabajo: U2 < U1 Si se realiza trabajo sobre el sistema: U2 > U1 Si el sistema absorbe calor: U2 > U1 Si el sistema cede calor: U2 < U1

16 Ejercicio Considere un sistema de un cilindro con émbolo con masas sobre el émbolo para controlar la presion. Para cada caso asumir: P1=200[kPa] V1=0.04[m3] V2=0.1 [m3] Calcular el trabajo en cada caso.

17 Ejercicio Si se coloca un mechero de Bunsen bajo el sistema de manera que el volumen aumenta con la presión constante.

18 Ejercicio Si ahora el pistón se mueve de tal manera que durante el proceso la temperatura permance constante.

19 Ejercicio Si ahora el pistón se mueve de tal manera que durante el proceso la relación entre el volumen y la presión es PV1.3=constante.

20 Ejercicio Un cilindro con pistón tiene un volumen inicial de 0.1 [m3] y contiene nitrógeno a 150 [kPa] y 25 [oC]. El pistón se mueve comprimiendo el nitrógeno hasta P=1[MPa] y T=150 [oC]. Durante el proceso se transfiere calor del nitrógeno y el trabajo realizado es de 20 [kJ]. Calcular el calor transferido Q.