v
Esta Ley habla acerca de que no es posible alcanzar el cero absoluto de temperatura.
Tercera Ley
La tercera Ley dice que es imposible llegar al cero absoluto, y que de alcanzarlo, a esa
temperatura la entropía es de cero y la materia formaría un cristal perfecto.
2
Es la rama de la Física que estudia las transformaciones energéticas y su relación con la
materia a través de estados de equilibrio.
Termoquímica
Termodinámica
La termoquímica estudia las interacciones de la energía y la materia durante las reacciones
químicas.
La termodinámica estudia los procesos a través de estados de equilibrio.
3
Esta Ley habla sobre la conservación de la energía.
Primera Ley
La primera Ley establece que la energía en el universo es constante, por lo que dentro de
éste, la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma.
4
Esta Ley de la Termodinámica habla del equilibrio térmico.
Ley Cero
Esta Ley establece que cuando dos cuerpo con distintas temperaturas entran en contacto, el
de mayor temperatura transfiere energía al de menor temperatura hasta ambos tengan la
misma temperatura, es decir, hasta que alcancen el equilibrio térmico.
5
¿Cómo se expresa el cambio de la energía en un sistema?
\Delta E=Q+WΔE=Q+W
\Delta E=(Ec_{2}-Ec_{1})+(Ep_{2}-Ep_{1})+(U_{2}-U_{1})ΔE=(Ec2−Ec1)+(Ep2
−Ep1)+(U2−U1)
Esta es la ecuación que representa a la primera Ley de la Termodinámica, pero no representa
qué formas de energía de estado cambian durante un proceso.
Recuerda que estas tres formas de energía están contenidas en la materia y que, por lo tanto,
al cambiar de estado, estas pueden cambiar.
6
¿Qué es un sistema?
Es una parte del universo que se aísla para su estudio
Recuerda que para poder estudiar la materia y la energía de manera práctica, lo que se
estudia son sistemas.
7
Esta Ley de la Termodinámica habla acerca de la imposibilidad de convertir todo el calor en
trabajo.
Primera Ley
Segunda Ley
La primera Ley establece que la energía en el universo es constante, por lo que dentro de
éste, la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma.
La segunda Ley de la termodinámica establece que es imposible construir una máquina
térmica que pueda convertir todo el calor de entrada en trabajo, es decir, no puede tener una
eficiencia del 100%.
8
La eficiencia de las máquinas térmicas se expresa como:
\eta =\frac{W}{Q_{e}}η=QeW
Recuerda que la eficiencia térmica es la fracción del calor suministrado a una máquina térmica
que se convierte en trabajo, por lo tanto es un cociente entre el trabajo y la energía
suministrada. También se puede expresar de la siguiente manera:\eta =1-
\frac{Q_{s}}{Q_{e}}η=1−QeQs
9
Una máquina térmica tiene la función de _____________.
Convertir Trabajo en Calor
Convertir Calor en Trabajo
EL trabajo se convierte fácilmente en calor, además esta no es la función de una máquina
térmica.
Normalmente queman combustibles para evaporar agua y que esta pase a través de una
turbina que genera trabajo eléctrico, sin embargo, hay máquinas térmicas que utilizan la
energía nuclear para generar calor.
10
En un proceso, la entropía del sistema ____________.
Se incrementa
Recuerda que incluso hay autores que enuncian la segunda Ley de la termodinámica de la
siguiente manera: en un proceso sea cual sea, la entropía siempre se incrementa. En la
realidad no existen proceso en los que la entropía disminuya o permanezca constante.
11
Un cuerpo con temperatura de 45°C se ponen en contacto con un cuerpo que se encuentra a
15°C, ¿cuál de las siguientes aseveraciones ES FALSA?
La energía que se transfiere de un cuerpo a otro se da como calor y trabajo
En este caso, no hay trabajo involucrado, por lo que esta es la aseveración falsa.
12
Un coche viaja a una velocidad constante de 45 km/h, después acelera mientras sube a un
puente vehícular hasta alcanzar una velocidad constante de 80 km/h sobre dicho puente,
¿cuál de las siguientes ecuaciones representa a la ecuación de la primera Ley de la
Termodinámica aplicada para este proceso?
\Delta E_{C}+\Delta E_{P}=WΔEC+ΔEP=W
Recuerda que en un proceso no siempre se involucran todas las formas de energía, por lo que
la ecuación que representa a la primera Ley de la Termodinámica se puede simplificar en
función de las energías que permanezcan constantes o que no intervengan. En este caso la
Energía interna no cambia, pues el cuerpo no cambia de temperatura, además tampoco entra
calor al sistema.
13
Un recipiente con café a temperatura ambiente se pone al fuego para calentarlo, al retirarlo del
fuego, el café está a 55 °C. ¿Cuál de las siguientes expresiones determina la primera Ley de
la Termodinámica para el cambio de estado del café?
\Delta E=Q+WΔE=Q+W
\Delta U=QΔU=Q
En este proceso no hay trabajo involucrado, por lo que no debería incluirse en el balance de
energía. Además no hay cambios en las energías potencial ni cinética.
Recuerda que en un proceso no siempre se involucran todas las formas de energía, por lo que
la ecuación que representa a la primera Ley de la Termodinámica se puede simplificar en
función de las energías que permanezcan constantes o que no intervengan. En este caso el
café sólo recibe energía térmica
14
Un sistema gaseoso es comprimido adiabáticamente, es decir, sin intercambio de calor.
Determina cuál de las siguientes expresiones representa a la primera Ley de la termodinámica
aplicada a este cambio de estado?
\Delta U=WΔU=W
Recuerda que el trabajo de compresión entra al sistema, pero este cuerpo ni se mueve ni
cambia su altura, por lo que no hay cambio de energía potencial ni cinética, además el
problema establece que no hay intercambio de calor.
15
La entropía de un sistema vale cero en _______________.
El cero absoluto
De acuerdo con la Tercera Ley de la Termodinámica, es imposible alcanzar el cero absoluto,
pero se lograrlo, dicho sistema tendría una entropía de cero y formaría un cristal perfecto.
16
Se tiene una máquina térmica que tiene un calor de salida de 355 kJ, cuya eficiencia es del
37.5 %. ¿Cuál es el trabajo generado por esta máquina térmica?
W=321 kJ
W=213 kJ
Recuerda que la eficiencia puede calcularse de tres formas, una de ellas es: \eta=1\frac{Q_{s}}{Q_{e}}η=1−QeQs Y de aquí puedes despejar el calor de entrada, y de la otra
expresión de eficiencia puedes despejar el trabajo generado por la máquina térmica:
\eta=\frac{W}{Q_{e}}η=QeW
Recuerda que la eficiencia puede calcularse de tres formas, una de ellas es: \eta=1\frac{Q_{s}}{Q_{e}}η=1−QeQs Y de aquí puedes despejar el calor de entrada, y de la otra
expresión de eficiencia puedes despejar el trabajo generado por la máquina térmica:
\eta=\frac{W}{Q_{e}}η=QeW
17
Se deja caer un cuerpo de 5 kg desde una altura de 12 metros. ¿Cuál es la Energía potencial
de este cuerpo antes de caer y cuál es la energía cinética de este cuerpo al golpear el suelo?
588.6 J
Al analizar las energías involucradas en este sistema, vemos que sólo se involucran las
energías cinética y potencial, sin embargo, en el estado 1 sólo hay energía potencial, y en el
estado 2, que es justo al momento de golpear el suelo, el cuerpo sólo tiene energía cinética.
\Delta E_{C}+\Delta E_{P}=0ΔEC+ΔEP=0 (Ec_{2}-Ec_{1})+(Ep_{2}-Ep_{1})=0(Ec2
−Ec1)+(Ep2−Ep1)=0 Ec_{2}-Ep_{1}=0Ec2−Ep1=0 Ec_{2}=Ep_{1}Ec2=Ep1 Y recuerda
que la energía cinética es igual a: E_{P}=m\cdot h\cdot gEP=m⋅h⋅g
18
Se le suministra calor a un sistema, en el cual sólo hay un cambio de energía interna de 17 kJ.
Si inicialmente el sistema tenía una temperatura de 27°C, masa de 3kg y su capacidad térmica
específica es de 0.47 cal/g°C, ¿cuál es la temperatura 2 de este sistema?
T_{2}=29.88CT2=29.88C
Recuerda que considerando sólo las energías que cambian en el proceso, el balance de
energía queda de la siguiente manera: \Delta U =QΔU=Q Por lo tanto, sólo hay que
despejar la temperatura del estado 2 de la siguiente ecuación: \Delta U =m\cdot Cp\cdot
(T_{2}-T_{1})ΔU=m⋅Cp⋅(T2−T1) T_{2}=\frac{Q}{m\cdot Cp}+T_{1}T2=m⋅CpQ+T1
Recuerda usar las unidades de manera congruente.
19
Un pistón con gas recibe calor del exterior igual a 20 kJ, por lo cual realiza un trabajo de
expansión, cambiando su volumen de 13 L a 59.5 L, la presión externa es de 1 atm. ¿Cuál es
el cambio de energía interna del sistema?
\Delta U=-24711.625 JΔU=−24711.625J
\Delta U=15288.38 JΔU=15288.38J
El problema nos dice el calor que recibe el sistema, al expandirse genera trabajo, por lo tanto
al hacer el balance de energía queda de la siguiente manera: \Delta U=Q+WΔU=Q+W Y
recuerda que el trabajo de compresión es: W=-P(V_{2}-V_{1})W=−P(V2−V1)
El problema nos dice el calor que recibe el sistema, al expandirse genera trabajo, por lo tanto
al hacer el balance de energía queda de la siguiente manera: \Delta U=Q+WΔU=Q+W Y
recuerda que el trabajo de compresión es: W=-P(V_{2}-V_{1})W=−P(V2−V1)
20
Un pistón con gas recibe calor del exterior, por lo cual realiza un trabajo de expansión,
cambiando su volumen de 13 L a 59.5 L, y el sistema registra un cambio de energía interna de
19 kJ, la presión externa es de 1 atm. ¿Cuál es el calor que recibió el sistema?
Q=23711.61 J
El problema dice que intercambia calor, al expandirse genera trabajo y sabemos el cambio de
energía interna, por lo tanto al hacer el balance de energía queda de la siguiente manera:
\Delta U=Q+WΔU=Q+W Y recuerda que el trabajo de compresión es: W=-P(V_{2}V_{1})W=−P(V2−V1) Ahora sólo despeja el calor de la primera Ley.
21
Se tiene una máquina térmica que, con una eficiencia del 37.5 %, genera 250 kJ
aprovechables. ¿Cuál es el calor que se escapa de esta máquina térmica?
416.66 kJ
Recuerda que la eficiencia puede calcularse de tres formas, una de ellas es:
\eta=\frac{W}{Q_{e}}η=QeW Y de aquí puedes despejar el calor de entrada, y de la otra
expresión de eficiencia puedes despejar el calor que se desecha por la máquina térmica:
\eta=1-\frac{Q_{s}}{Q_{e}}η=1−QeQs
22
A un sistema se le imprime un trabajo de compresión de 75 kJ, sin embargo, este sistema
cuenta con un intercambiador de calor que lo enfría, es decir, le quita energía. Si el cambio de
la energía interna del sistema es de 57 J, ¿cuál es el calor que sale del sistema?
-18 kJ
Recuerda siempre establecer un balance de energía, ya que al hacerlo, puedes simplificar la
ecuación y sólo operar con las energías involucradas. En este caso el sistema no se mueve ni
cambia de altura, así que no hay cambio de energías cinética ni potencial, pero al haber
cambio de temperatura, éste manifiesta un cambio de la energía interna: \Delta
U=Q+WΔU=Q+W
23
Un sistema se mueve a una velocidad constante de 2 m/s. Al recibir un trabajo de 45 kJ este
cuerpo alcanza una velocidad de 50 m/s. ¿Cuál es la masa de este sistema?
12.012 kg
36.057 kg
Recuerda que sólo cambia la velocidad del sistema, por lo que al no haber cambio de altura ni
de temperatura, lo único que cambia es la energía cinética: \Delta E_{C}=WΔEC=W
\frac{1}{2}\cdot m\cdot (v_{2}^{2}-v_{1}^{2})=W21⋅m⋅(v22−v12)=W
Recuerda que sólo cambia la velocidad del sistema, por lo que al no haber cambio de altura ni
de temperatura, lo único que cambia es la energía cinética: \Delta E_{C}=WΔEC=W
\frac{1}{2}\cdot m\cdot (v_{2}^{2}-v_{1}^{2})=W21⋅m⋅(v22−v12)=W Sólo tienes que
despejar la masa de esta ecuación.
1,1,1,1,2,2,2,2,3,3,3,3,4,4,4,4,4,4,4,5,5,5,5,5,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10
40, 40, 40, 40, 40, 40, 40, 40, 40, 40, 50, 50, 50, 50, 50, 50, 50, 50, 50, 50, 51, 51, 51, 51, 51,
51, 51, 51, 51, 51, 51, 51, 51, 51, 60, 60, 60, 60, 60, 60, 60, 60, 60, 60, 60,60, 60, 61, 61, 61,
61, 61, 61, 61, 61, 61, 61, 61, 61, 61, 61, 61, 70, 70, 70, 70, 70, 70, 70, 70, 70, 70, 70, 70, 70,
70, 70, 71, 71, 71, 71, 71, 71, 71, 71, 71, 71, 71, 71, 71, 71, 71, 71, 71, 71, 80, 80, 80, 80, 80,
80, 0, 80, 80, 80, 80, 80, 80.
12, 12, 12,
12, 12, 13,
13, 13, 13,
15, 15, 15,
15, 15, 16,
16, 16, 16,
16 , 17, 17,
17, 17, 18,
18, 18, 18,
18, 18, 18,
19, 19, 19.
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