Proceso adiabático: es un proceso termodinámico en el que no hay calor que entre o salga del sistema.

Transcripción

1 Palabras Claves Proceso adiabático: es un proceso termodinámico en el que no hay calor que entre o salga del sistema. Proceso isobárico: es un proceso termodinámico que se da bajo presión constante. Proceso isócoro: es un proceso termodinámico que se da cuando hay volumen constante, también se conoce como proceso isovolumétrico. Proceso isotérmico: es un proceso termodinámico que se da cuando hay temperatura constante. Introducción La palabra termodinámica es una combinación de los términos "termo", que significa calor y "dinámica", que significa cambio. La termodinámica es el estudio de los procesos por los cuales la energía se transfiere por el calor y el trabajo. Cuando se estudia la termodinámica nos referiremos a "el sistema", que es un gas dentro de algún tipo de contenedor. Hay tres tipos de sistemas: aislados, cerrados y abiertos. La masa y la energía no pueden entrar o salir de un sistema aislado. La energía solo puede entrar o salir de un sistema cerrado. Tanto la masa y la energía pueden entrar o salir de un sistema abierto. El calor, como se explicó anteriormente, es la transferencia de energía debido a una diferencia de temperatura. El trabajo es una transferencia de energía cuando no hay diferencia de temperatura.

2 James Joule demostró que el trabajo mecánico era equivalente al calor. Una determinada cantidad de trabajo realizado en un sistema podría elevar la temperatura del sistema, al igual que si una llama de fuego transfiere la energía al sistema. Pero sabemos, por la teoría cinética, que cuando la energía se transfiere a un sistema, las moléculas ganan energía cinética. Si limitamos nuestra atención a los gases ideales, entonces la suma de la energía cinética de las moléculas es igual a la energía interna de la sustancia. La energía interna de un sistema puede aumentar o disminuir por el calor que fluye dentro y fuera del sistema. La energía interna de un sistema también puede aumentar o disminuir cuando el trabajo se realiza en el sistema o cuando el sistema funciona en el medio ambiente (describiremos cómo se trabaja en el sistema y cómo el sistema funciona en el entorno). La relación que se estableció en el siglo 19 entre la energía interna, el calor, y el trabajo se conoce como la Ley de Conservación de la Energía. Aunque se ha hecho uso de la conservación de la energía en nuestro trabajo para la mecánica, no fue hasta que se entiende el concepto de calor, que se propuso una declaración formal sobre la conservación de la energía. Este concepto es conocido como la Primera Ley de la Termodinámica, que indica lo siguiente: El cambio en la energía interna de un sistema cerrado es igual al calor entregado en (o fuera de) un sistema, más el trabajo realizado sobre el sistema (o por el sistema). Se representa simbólicamente como, donde es el cambio en la energía interna es el calor, y es el trabajo. Es importante seguir las convenciones adecuadas que se usan en la Primera Ley: 1. Cuando el calorlos fluye en el sistema, es positivo. 2. Cuando el calor fluye hacia afuera del sistema, es negativo. 3. Cuando el trabajo se realiza en el sistema, es positiva.

3 4. Cuando el sistema funciona en el medio ambiente, es negativo. Una definición más precisa será útil. A menudo es el caso que se desea transferir energía dentro o fuera de un sistema o mantener un sistema a una temperatura constante. Para ello, ponemos el sistema en contacto con un depósito de calor. El depósito se considera lo suficientemente grande como para que cualquier cantidad de calor que fluye dentro de él o de ella no afecta a su temperatura. No es correcto pensar en el acumulador de calor como algo que es necesariamente caliente. Es un depósito que puede recibir o proporcionar calor. Ejemplo 1 1. Un cilindro lleno de aire con un pistón móvil tiene un depósito de calor que está en contacto con él, como se observa en la siguiente figura. El depósito de calor transfiere 500 J de energía en el cilindro. Debido a la transferencia de energía, el pistón hace 300 J de trabajo sobre el medio ambiente. a. Qué es el signo de?

4 Respuesta: Debido a que el calor fluyó en el sistema, es positivo. b. Qué es el signo de la? Respuesta: Dado a que el pistón funciona sobre el medio ambiente, es negativo. c. Cuál es el cambio en la energía interna del sistema? Respuesta: Cuatro Definiciones Es posible llevar a cabo un proceso termodinámico en varias condiciones especiales: Un proceso termodinámico que se da a temperatura constante se denomina un proceso isotérmico. Un proceso termodinámico que se da con un volumen constante se denomina proceso isócoro o isovolumétrico. Un proceso termodinámico que se da a presión constante se denomina un proceso isobárico. Un proceso termodinámico en el que no hay calor que entre o salga del sistema es un proceso adiabático. Esta condición se puede realizar mediante un sistema que está bien aislado, como un termo, o si un proceso se produce con la rapidez suficiente para que el calor no tenga tiempo para entrar o salir del sistema.

5 Ejemplo 2 En el ejemplo , el proceso termodinámico es isobárico. La carga se eleva a una velocidad constante y la masa del pistón es insignificante en comparación con la carga elevada. Demuestre que el trabajo realizado en el levantamiento de la carga es igual a la presión del producto dentro del cilindro y el cambio en el volumen del gas dentro del cilindro, es decir,. Recordemos que el trabajo es igual al producto del desplazamiento y la fuerza en la dirección del desplazamiento. La fuerza que actúa sobre el pistón está en la dirección del desplazamiento, véase la figura arriba. El trabajo realizado sobre la carga es, donde = mg, ya que la carga se eleva a una velocidad constante y es el desplazamiento de la carga. El volumen del cilindro en cualquier instante es el producto de la superficie del pistón y la altura del pistón dentro del cilindro.. Recordemos que la presión viene dada por. El producto Podríamos haber esperado este resultado si hubiéramos investigado las unidades de. trabajo que son, claramente, las unidades de energía cinética, el producto de la masa por la velocidad al cuadrado.

6 Ejemplo 3 Un proceso termodinámico se lleva a cabo isotérmicamente. Cuál es el cambio de energía interna? Respuesta : La energía interna de un gas se puede expresar como, donde es la constante de Boltzmann, el número total de moléculas (o átomos) y la temperatura del gas. Para un proceso isotérmico, la energía interna debe permanecer constante ya que la temperatura se mantiene constante, por lo tanto. Ejemplo 4 Un cilindro lleno de gas con un pistón móvil se pone en contacto con un depósito de calor para que la temperatura del gas permanezca constante. Si 400 J de calor se transfieren fuera del sistema, describa si el trabajo fue hecho por o en el sistema. Respuesta : La suma porque. El trabajo es igual a, pero ya que el calor dejó el sistema, que es, realiza en el sistema. Ejemplo 5. El trabajo, por lo tanto, se a. Un proceso isócoro transfiere 1500 J de calor a un gas dentro de un cilindro con un pistón fijo. Cuánto trabajo es realizado por el gas en el proceso?

7 Respuesta : Dado que el proceso es isócoro, el volumen del gas debe permanecer constante. Si el gas no se expande o contrae, no hay trabajo se pueda hacer por el gas sobre el medio ambiente o por el medio ambiente en el gas, ya que el desplazamiento del pistón es cero (véase el ejemplo ). b. Cuánto ha cambiado la energía interna de cambio de gas? Respuesta : Ejemplo 6 Explique por qué un sistema puede experimentar una disminución de la temperatura durante un proceso adiabático. Respuesta : El calor no puede entrar o salir del sistema tenemos. Por la primera ley,. Si asumimos que el sistema funciona en el medio ambiente, entonces:. En los casos en que el que el trabajo sea menor que cero, la energía interna del sistema debe disminuir, ya que. La energía interna de un gas está directamente relacionada con la temperatura del gas. La más pequeña es la energía interna, el refrigerador de la temperatura.

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