COLEGIO PÚBLICO BELLO HORIZONTEDISCIPLINA: FÍSICA

NIVEL. UNDÉCIMO GRADOCONTENIDO: PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

L energía interna (U) de un cuerpo, puede aumentar o disminuir si absorbe o libera energía en forma de calor (Q). Si el sistema absorbe energía en forma de calor, su energía interna aumenta, por lo que esta energía suministrada es considerada positiva, en cambio, si el sistema libera energía en forma de calor, ésta es considerada negativa, porque el sistema termodinámico disminuye su energía. Vea la siguiente figura:

También se debe considerar que la energía interna de un sistema termodinámico puede variar si se realiza un trabajo sobre el sistema (trabajo negativo), o si el sistema realiza trabajo (trabajo positivo), tal como lo muestra la figura anterior.El balance de la energía interna de un sistema termodinámico debido a los aportes o desprendimiento de calor y del trabajo realizado por el sistema o en contra del sistema, es el fundamento principal del Primer Principio de la termodinámica; el cual no es más que el PRINCIPIO DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA generalizado para el sistema termodinámico, en el que se da intercambio de calor y trabajo. Para realizar el balance energético del sistema, debemos tener presente:a.- La cantidad de energía que se le suministra al sistema en forma de calor (Q= 230J), es la misma cantidad en la cual la energía interna del sistema varía (U), es decir aumenta, por lo que U = 230 J.b.- Debido a esta variación de la energía interna, el sistema es capaz de expandirse simultáneamente realizando un trabajo de 63 Joule sobre la vecindad ( W= 63J) Como este trabajo se lleva a costa de la energía interna del sistema, ello nos indica, que el sistema disminuye su energía interna en 63 J por lo que: U= 230 – 63J = U= 167J. De esto se puede plantear que de forma general que sin un sistema termodinámico absorbe energía en forma de calor (Q) y el sistema es capaz de realizar un trabajo (W), la variación de la energía interna del sistema se encuentra expresado por: U = Q – W. Esta expresión constituye la ecuación matemática del Principio de Conservación de la energía aplicada a sistemas termodinámicos.De todo lo anterior podemos concluir lo siguiente:

Ejemplo 1:Un sistema termodinámico pasa de un estado inicial a un estado final intercambiando energía con su vecindad. Determine la variación de energía interna de sistema cuando:a.- El sistema absorbe 400 Cal. Y realiza un trabajo de 123 J. Teniendo en cuenta que 1 Cal= 4.18 Jb.- El sistema absorbe 300 Cal. Y sobre el se realiza un trabajo de 200J

Ejemplo 2En el interior de un cilindro, el cual se encuentra provisto de émbolo existe, 70 litros de un gas a 300 K. S durante el proceso se le suministra 3,000J de energía en forma de calor a presión constante de una atmosfera, determine el trabajo realizado por el gas y la variación de la energía interna que experimenta, si el volumen de l gas varía en 15 litros.

APLICACIÓN DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

Cuando cierta cantidad de calor es absorbido (Q+) o liberado (Q-) por un sistema termodinámico y si el trabajo es realizado por el sistema (W+) o sobre el sistema (W-) se encuentra relacionada por la expresión:

U= Q - W

Tomando en cuenta la Figura de la derecha, analizo en mi equipo y escribo.a.- En qué consiste el trabajo realizado.b.- Si el trabajo realizado es cíclico o no. Fundamente su respuesta.c.- Enumeren cinco procesos cíclicos que se dan en la naturaleza.Al final de sus análisis y trabajo entregado que tendrá una calificación personal de 10p, ustedes llegaron al convencimiento que un Sistema Termodinámico o una máquina que sea capaz de violar el enunciado Q= W, se les denominan MOVILES PERPETUOS DE PRIMERA ESPECIE. EL PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA O LEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA aplicado a sistemas termodinámicos, nos indica que la construcción de tales máquinas es imposible. De lo anterior se puede concluir: Para que un sistema termodinámico cíclico y cerrado realice un trabajo, es necesario suministrarle una cantidad equivalente de energía en forma de calor, es decir, que es imposible que un sistema termodinámico cíclico y cerrado realice un mayor trabajo en comparación con la cantidad de energía que se le proporciona en forma de calor.

PROCESOS ADIABÁTICOS:Traiga una bomba de aire para bicicleta y realice en forma ordenada en su equipo de trabajo la siguiente actividad experimental:a.- Halar completamente hacia atrás el émbolo de la bomba.b.- Tapar con un dedo el orificio de salida del aire.c.- Comprimir rápidamente el émbolo.d.- Anoten lo ocurrido con el aire.e.- Empujar hacia el fondo el émbolo.f.- Tapar con un dedo el orificio de salida del aire.g.- Halar rápidamente el émbolo.h.- Anoten lo ocurrido con el aire.i.- Se preparan para exponer en plenario las conclusiones de su equipo de trabajo.j.- Entrego un informe por escrito de ambas actividades al docente (calificación 10p)

Considerar que Un proceso en el cual el sistema termodinámico no permite el intercambio de energía en forma de calor (Q=0) con sus alrededores o vecindad, se denomina PROCESO ADIABATICO.

ASIGNACIÓN:Para próximo martes traer una Jeringa descartable gruesa de las que se usa para inseminar vacas, traer además una tapa ancha, traer un tubo que sirva de soporte para sostener la jeringa como muestra la figura y traer peso para presionar el émbolo de la jeringa.