termodinÁmica 1 ley y los procesos adiabÁticos · un proceso adiabático es aquel en que el...
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TERMODINÁMICA
1 LEY Y LOS PROCESOS ADIABÁTICOS
ELABORÓ MSc. EFRÉN GIRALDO TORO
REVISÓ PhD. CARLOS A. ACEVEDO
CONTENIDO
Proceso Adiabático Expansivo
Proceso Adiabático Compresivo
En un proceso adiabático no entra ni sale calor del
sistema (propio de sistemas aislados), por tanto:
𝑄 = 0
∆𝑈 = 𝑄 −𝑊
∆𝑈 = 0 −𝑊
∆𝑈 = −𝑊
Proceso adiabático
(1)
(2)
(3)
(4)
Lo anterior explica que en los procesos adiabáticos,
todos los cambios en la energía interna se deben solo al
trabajo realizado.
El trabajo expansivo hecho por el sistema extrae
energía interna por tanto disminuye su energía interna
y su temperatura.
Al disminuir temperatura, se produce un
enfriamiento.
Esto, conjuntamente con el calor extraído durante
una transformación de líquido a gas, son las bases
fundamentales de la refrigeración.
Un proceso adiabático expansivo produce enfriamiento
Al decrecer la energía interna la temperatura T
también lo hace. Por tal razón el proceso adiabático
no es isotérmico. La temperatura no permanece
constante.
Un proceso adiabático no es isotérmico
Un proceso adiabático ocurre cuando se aísla
suficientemente un sistema con un material aislante
apropiado.
También se considera un proceso adiabático si se hace
con tal rapidez que no permita pérdidas apreciables de
calor, aunque las fronteras o paredes no estén aisladas.
En general se asocia un cambio de temperatura a un
entrada o salida de calor de un sistema.
No obstante, según las leyes de los gases la Temperatura
se puede variar, variando la Presión y el Volumen.
𝑇 =𝑃𝑉
𝑛𝑅
Esta es la basa el proceso adiabático.
(5)
En un proceso adiabático magnitudes tales como la
presión y el volumen se modifican sin que haya una
intervención de calor desde o hacia los alrededores.
Los cambios adiabáticos de la T se deben a cambios de
presión y volumen y no de calor.
El proceso adiabático puede ser:
1. Adiabático de expansión
2. Adiabático de compresión
Una expansión volumétrica ocurre cuando un
émbolo es levantado por un gas. Se produce un
aumento de volumen.
Si se aíslan las paredes y el pistón sube muy rápido,
el proceso se aproxima a un proceso adiabático.
http://ce.azc.uam.mx/profesores/navarrete/termo/primera/primerateoria.htm
Figura 1. Proceso adiabático de expansión.
aislante
Proceso adiabático expansivo
Figura 2. Durante un proceso adiabático de expansión en un sistema cerrado, el
trabajo W realizado, tiene que ser a expensas de la propia energía interna U del
sistema, porque no hay entrada ni salida de calor. El proceso se da entre dos
isotermas: se pasa de una de mayor temperatura a una de menor, lo cual produce un
enfriamiento.
http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_adiab%C3%A1tico
E1
E2
T1T2
P
<
T2 < 𝑇1
Figura 2. Simulación de un proceso adiabático. La presión
disminuye y el volumen aumenta.
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/primerpadiab.html
La relación entre la presión y el volumen viene dado
por:
Un ejemplo corriente es la salida de un gas o un aerosol
por una boquilla estrecha, con la consiguiente
disminución de T dela gas en el interior del contenedor
Inicialmente el gas está comprimido en la caneca, al
salir al exterior sufre una gran expansión súbita que se
puede considerar adiabática por lo rápida (no recibe ni
da calor).
Figura 3. Como no hay transferencia de calor desde los
alrededores para producir la expansión, esta solo se puede hacer
si se toma energía del propio gas, lo cual produce una
disminución de la T.
http://brayanyarcesantateresa.blogspot.com/2012/09/proyecto-de-investigacion-aerosoles.html
………...que frío!
Proceso adiabático compresivo produce
calentamiento
Figura 4. Un proceso adiabático compresivo desde un estado E1 a un
estado E2, pasa desde una isoterma de menor temperatura a una de
mayor: se produce un calentamiento.
http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_adiab%C3%A1tico
E2
E1
Calentamiento adiabático
Es este caso se produce el efecto contrario al de
expansión.
Cuando la presión se aumenta rápidamente en un
cilindro con pistón se produce un calentamiento. Si un
gas se comprime rápidamente, aumenta su temperatura.
Por ejemplo cuando se infla la llanta de una bicicleta o
de un carro rápidamente.
En todo proceso adiabático se cumple que la relación
entre la presión y el volumen viene dada por:
𝑃𝑉𝛾 = 𝑘 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
Donde
𝛾= 𝐶𝑝
𝐶𝑣
𝛾 es llamado el coeficiente adiabático.
(6)
(7)
𝑃𝑉𝛾 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
𝑃𝐴𝑉𝐴𝛾=𝑃𝐵𝑉𝑏
𝛾
𝑃𝐴1−𝛾
𝑇𝐴𝛾=𝑃𝐵
1−𝛾𝑇𝑏𝛾
𝑇𝐴𝛾𝑉𝐴𝛾−1
=𝑇𝐵𝛾𝑉𝐵1−𝛾
𝑊=𝑃𝐵𝑉𝐵−𝑃𝐴𝑉𝐵
(1−𝛾)
∆𝑈 = 𝑄 −𝑊∆𝑈 = −𝑊
𝑄 = -∆𝑈
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
Esta relación es de γ = 1,66 para un gas monoatómico
ideal y de γ = 1,4 para el aire, el cual es
predominantemente un gas diatómico.
.
Figura 5. Otra aplicación interesante de un proceso adiabático
expansivo son los extintores de polvo seco.
http://www.paritarios.cl/especial_polvo_extintor.htm
Un proceso adiabático es aquel en que el sistema no
pierde ni gana calor. La primera ley de
Termodinámica con Q=0 muestra que todos los
cambios en la energía interna están en forma de trabajo
realizado. Esto lleva a la condición adiabática mostrada
abajo. Esta condición se puede usar para derivar
expresiones del trabajo realizado durante un proceso
adiabático.
Condición adiabática:P
VTomado y modificado de: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/adiab.html
Un proceso adiabático es aquel en que el sistema
no pierde ni gana calor. La primera ley de
Termodinámica con Q=0 muestra que todos los
cambios en la energía interna están en forma de
trabajo realizado. Esto lleva a la condición
adiabática mostrada abajo. Esta condición se
puede usar para derivar expresiones del trabajo
realizado durante un proceso adiabático.
La relación entre los calores específicos γ = CP/CV, es
un factor en la determinación de la velocidad del
sonido en un gas y en otros procesos adiabáticos, así
como esta aplicación a los motores térmicos. Esta
relación es de γ = 1,66 para un gas monoatómico ideal
y de γ = 1,4 para el aire, el cual es predominantemente
un gas diatómico.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/adiab.html
En climatización los procesos de humectación (aporte de
vapor de agua) son adiabáticos porque no hay transferencia de
calor, a pesar que se consiga variar la temperatura del aire y su
humedad relativa.
El proceso de humectación del aire es adiabático
porque no ocurre transferencia de calor.
HyperPhysics. M Olmo, R Nave. Consulta on line 1
XII.2014 de:http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/firlaw.html
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/primerpadiab.html
http://laplace.us.es/wiki/index.php/M%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE)
http://webdelprofesor.ula.ve/ciencias/aguirre/ciclos%20I.pdf
Para problemas:
http://laplace.us.es/wiki/index.php/Calentamiento_de_un_gas_a_volumen_y_a_presi%C3%B3n_constante
Interesante:http://personalpages.to.infn.it/~crescio/grp3/fisica2/Clase11noviembreFis2.pdf