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Primera ley de la termodinámica en sistemas cerrados Sustancias puras Unidad 3

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Primera ley de la termodinámica en sistemas cerrados

Sustancias puras

Unidad 3

Pero antes un pequeño repaso!.......si es que no resolvieron estos problemas

2.1.5.- La superficie P-v-T

Se deja que vapor de agua sobrecalentado a 1MPa y 300°C se

enfríe a volumen constante, hasta que la temperatura

descienda a 150°C. En el estado Final Determine:

1. Presión

2. Calidad

3. Entalpía

4. Diagrama T-v c/r alas líneas de saturación

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.5.- La superficie P-v-T

1. Presión : 476,16 kPa

2. Calidad: 0,6564

3. Entalpía: 2434,45 kJ/kg

4. Diagrama T-v c/r a las líneas de saturación

Unidad 2: Propiedades de la materia

Unidad 2: Propiedades de la materia

2.1.5.- La superficie P-v-T

1. Variación de la presión : 26 kPa

2. Masa a retirar: 0,007 kg

TAREA 1

En grupos de 2 o 3, resolver 3 problemas a elección:

- Un problemas entre los ejercicios 3.31 y 3.68

- Un problema entre los ejercicios 3.79 y 3.84

- Un problema entre los ejercicios 3.114 y 3.141

En la portada deberán indicar los integrantes y los ejercicios seleccionados.

Plazo: 1 semana (4 de mayo)

CONTENIDOSCONTENIDOS

3.1.- La Primera Ley de la Termodinámica en Sistemas Cerrados

2.2.1.- Introducción

2.2.2.- Transferencia de Calor

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

3.1.- La Primera Ley de La Termodinámica

3.1.1.- Introducción

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

3.1.- La Primera Ley de La Termodinámica

3.1.1.- Introducción

Del ppo de la conservación de la energía:

‘Durante la interacción de un sistema con el medio la cantidad de energía ganada por el Sistema debe ser igual a la energía perdida

por su entorno’

La energía cruza la frontera de un sistema cerrado en forma de:

•Calor� q

•Trabajo� W

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

3.1.2.- Primera Ley de la Termodinámica

���� Cuando sucede Transferencia de Calor??

���� Hasta cuando se produce??

Calor:

Forma de E. que se transfiere entre dos sistemas

(ó sist y alrd ) ssi ∃∃∃∃ una diferencia de Temperatura

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

3.1.1.- Primera Ley de la Termodinámica

¿Qué mecanismos de transferencia de Calor existen?:

Todos requieren un DT y suceden de T°mayor a T°menor

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

3.1.2.- Primera Ley de la Termodinámica

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Conducción:

� Depende de las propiedades del material

� Se determina con : Q = k A (T2 – T1)

Convección:

� Es el mecanismo de transferencia de calor entre un solido y un fluido circundante

� Relaciona los efectos de conducción y el del movimiento del fluido

� Se determina con : Q = h A (Ts – Tf)

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

3.1.2.- Primera Ley de la Termodinámica

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Radiación:

� Es la energía que emite la materia en forma de ondas electromagnéticas.

� No requiere de un medio para propagarse.

� Se determina con : Q = ᵋ σ A T^4

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

3.1.2.- Primera Ley de la Termodinámica

TRANSFERENCIA DE CALOR

T de C:

� HACIA un sistema � Adición de Calor

� HACIA FUERA de un sistema � Rechazo de Calor

Calor es energía en transición que se reconoce sólo cuando cruza la frontera de un sistema

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

3.1.1.- Primera Ley de la Termodinámica

∃ 2 formas para que exista un proceso adiabático:

1. Sistema AISLADO (Q≈O)

2. Sistema y alrededores a igual temperatura

Proceso donde no existe transferencia térmica se denomina: ADIABÁTICO

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

3.1.1.- Primera Ley de la Termodinámica

Q (+)

Q (-)

CONVENCIÓN

Cualquier T de C:

• Que incrementa la Energía de un sistema es positiva (+)

• Que disminuya la Energía de un sistema es negativa (-)

CONTENIDOSCONTENIDOS

3.1.- La Primera Ley de la Termodinámica en Sistemas Cerrados

3.1.1.- Introducción Primera Ley y a la

Transferencia de Calor

3.1.2.- Trabajo

3.1.3.- Formas Mecánicas del Trabajo

3.1.4.- La Primera Ley de La Termodinámica

3.1.2.- Trabajo

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

∃∃∃∃ 2 requisitos para que se presente una interacción de trabajo entre un sistema y sus alrededores:

1.- Debe existir una fuerza que actúe en la frontera

2.- La frontera debe moverse

SSI ∃∃∃∃ {1<>2} ⇒⇒⇒⇒ ∃∃∃∃W

3.1.2.- Trabajo

Interacción de energía entre el sistema y sus alrededores

Si no existe ∆T la interacción de energía presente es Trabajo

1.- Trabajo en un proceso...

2.- Trabajo por unidad de masa...

3.- Trabajo por unidad de tiempo...

Límitesistema

W(-)

W(+)

• Dispositivos que Producen Trabajo...

• Dispositivos que Consumen Trabajo....

E del sistema disminuye cuando realiza W

E aumenta cuando se efectúa un W sobre él

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

3.1.2.- Trabajo

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

3.1.2.- Trabajo

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

Este trabajo de expansión o compresiónque involucra el desplazamiento de unasección del sistema, se llama trabajo defrontera móvil o trabajo de frontera

Un lugar donde se aprecia el trabajo de frontera es en lomotores de combustión, a que la combustión del gasobliga al movimiento del pistón.

Pero este tipo de trabajo no puede determinar de formaprecisa el trabajo de un motor………..¿por qué?

3.1.2.- Trabajo

Por lo tanto, la termodinámica utiliza los procesos de cuasiequilibrio

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

La termodinámica requiere conocer losestados y las diferentes trayectorias parallegar de un estado a otro, a altasvelocidades tanto los estados como lastrayectorias no pueden especificarse.

3.1.2.- Trabajo

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

Consideremos el embolo de la figura, si el gasconfinado se expande tendremos

Al remplazar la segunda ecuación en la primera tenemos

Si consideramos un desplazamiento diferencial, entoncestenemos:

Por lo que el trabajo de frontera también es conocido como PdV

3.1.2.- Trabajo

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

Dado que trabajamos con presiones absolutas, P nopuede ser negativa, pero que pasa con V

Si el volumen disminuye, V es negativo, del mismo modo que es positivo si el volumenaumenta.

Por lo tanto el trabajo de frontera puede ser positivo o negativo:

Esto sustenta la convención de signos!!!

Si el sistema realiza trabajo, entonces se considera positivo (expansión), en caso contrarioes negativo (compresión)

3.1.2.- Trabajo

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

El trabajo total resultará de la suma de todos los trabajos diferenciales …….

Esta integral puede evaluarse solo si se conoce la relación entre la Presión y el Volumen, porlo que P=f(V).

Lo que es simplemente la trayectoria entre dos estados en un diagrama P-v

3.1.2.- Trabajo

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

Trabajo de la Frontera Móvil

� Curso tratará el trabajo de una frontera móvil para un proceso deCUASIEQUILIBRIO Ó CUASIESTÁTICO (sist en equilibrio duranteel proceso)

� El área bajo la curva de un proceso de un diagrama P-v es igualen magnitud al W efectuado durante la Expansión o Compresiónde Cuasiequilibrio de un SISTEMA CERRADO

¿ Que pasaría si W no fuera función de la trayectoria?

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica

¿ Que pasaría si para llegar de un estado a otro se siguen diferentes trayectorias?

3.1.2.- Trabajo

Unidad 3: Primera Ley de la Termodinámica