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Física II
Ms. José Castillo Ventura
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
En un proceso determinado el calor
entregado al sistema es igual al
trabajo que realiza el gas más la
variación de la energía interna
Q12 = W12 + ∆U12
Q12 = Calor entregado desde el estado 1 al
estado 2.
W(-)
W12 = Trabajo realizado por el gas desde el
estado 1 al estado 2.
∆U12 = Variación de la energía interna desde el
estado 1 al estado 2.
Q(+)
Q(-)
Sistema
W(+)
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PROCESOS TERMODINÁMICOS
I)PROCESOS ISOBÁRICO
Es aquel proceso termodinámico en el cual la
presión permanece constante (P= cte) . Esta
situación se logra cuando se aplica al émbolo una
presión externa constante. El estado del gas se
modifica si se calienta
Cálculo del calor
Es el calor entregado para que el gas varíe de
estado.
Q = C p m(∆T )
Cálculo del trabajo
W = F ∆X
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W = P. A.∆x
W = PA( x f − xi )
W = P(V f − V0 )
Cálculo de la variación de la energía interna
Aplicando la primera ley de la termodinámica
∆U = Q − W
Ley de Charles
El volumen de un gas es directamente
proporcional a su temperatura absoluta
cuando su presión permanece constante
Gráficos relacionados al trabajo
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II)PROCESO ISOTÉRMICO
Es aquel proceso termodinámico en el cual la
temperatura permanece constante (T= cte) .
Cálculo del trabajo
V2
W = p1 V1 ln
ó
V1
V2
W = 2,30 p1 V1 log
V1
Cálculo de la variación de la energía interna
Como la temperatura permanece constante,
entonces ésta no varía y la energía interna tampoco.
∆U = 0
Cálculo del calor entregado
∆U = Q − W ⇒ Q = W
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Ley de Boyle Mariotte
El volumen de un gas es inversamente
proporcional a su presión cuando su
temperatura permanece constante
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III)PROCESO ISOCÓRICO
Es aquel proceso termodinámico en el cual al
incrementarse una cantidad de calor, el volumen
permanece constante .
Cálculo del trabajo
Como no existe desplazamiento, entonces el trabajo
realizado por el gas es nulo.
W =0
Cálculo de la variación de la energía interna
∆U = Q
Cálculo del calor entregado
Q = CV m∆T
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Ley de Gay Lussac
La presión de un gas es directamente proporcional a
su temperatura absoluta, cuando el volumen
permanece constante.
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Proceso Adiabático
Es un proceso termodinámico en el cual el sistema pasa
de un estado inicial a otro final, sin que ingrese ni salga
calor del sistema.(Q=0). Proceso en el cual se
aprovecha la energía interna acumulada por el gas para
lograra la expansión o compresión del mismo.
Para la compresión el gas se comprime solo y aumenta
la temperatura.
Para la expansión la temperatura del gas disminuye.
Cálculo del calor
Q=0
Cálculo de la variación de la energía interna
∆U = Q − W ⇒ ∆U = −W
Cálculo del trabajo
P V − P1V1
W= 2 2
,
1− γ
c
γ = P = cte
cV
Para un gas monoatómico: γ= 1,67
diatómico
: γ= 1,4
poliatómico : k≠ cte
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Relación entre presión y volumen
P1V1γ = P2V 2γ
T1V1γ −1 = T2V 2γ −1
Para gases reales
PV = n R T
n = Número de moles contenidos en un gas
R = Cte. universal de los gases
cal
mol K
Joule
R = 8,31
mol K
lt atm
R = 0,08207
mol
R = 1,986
Factor de conversión : x( atm − lt ) x 24,2
cal
= y cal
atm lt
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PROCESOS TERMODINÁMICOS
PROCESO
∆U
Q
W
LEY
P= cte.
ISOBÁRICO
Charles
T= cte
ISOTÉRMICO
Boyle-Mariotte
V= Cte
ISOCÓRICO
0
W
Gay-Lussac
Q
0
ADIABÁTICO
-W
0
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SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
“Es imposible construir un dispositivo que pueda, sin ningún otro,
transferir calor desde un objeto frío hasta otro más caliente”
Esta ley implica:
a) El calor fluye espontáneamente de los cuerpos calientes a los
cuerpos fríos.
b) Se puede lograr que el calor fluya de un cuerpo frío a otro caliente,
pero para ello es necesario realizar trabajo.
c) Una máquina térmica es un dispositivo que permite transformar la
energía calorífica en mecánica. El rendimiento de una máquina
térmica no puede ser nunca del 100%.
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Ciclo de Carnot
a) Expansión isotérmica (a→b). El gas
recibe una cantidad de calor Q1 y se
expande a una temperatura constante T1, la
máquina realiza el trabajo W1.
b) Expansión adiabática (b→c). El gas
continúa expandiéndose pero sin ingreso ni
salida de calor, tal que la temperatura
disminuye a T2.
c)Compresión isotérmica (c→d). El gas es
comprimido manteniendo su temperatura
constante, tal que expulsa una cantidad de
calor Q2.
d)Compresión adiabática (d→e). Se realiza
una compresión tal que no entra ni sale
calor y al final queda a la temperatura T1 .
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A los dispositivos que operan según este ciclo se denominan máquina de
carnot, si el recorrido fuese en sentido contrario se tendría el refrigerador
de carnot.
Rendimiento o eficiencia (η). Se le define como:
Q1 −Q2
η=
Q1
ó
T1 −T2
η=
T1
T1=Temperatura de la fuente caliente (K)
T2=Temperatura de la fuente fría (K)
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