LEYES DE LA TERMODINAMICA LEY DE LA ENERGIA LEY DE LA ENTROPIA
Joaquín Medín Molina Fisica general 2 2006
FORMULACION SIMPLIFICADA DE LEYES TERMODINAMICAS PARA SISTEMAS PURAMENTE TERMICOS
energia de cuerpo caliente
flujo de calor
energia de cuerpo frio
LEY DE CONSERVACION DE ENERGIA . UN FLUJO DE CALOR AUMENTA LA ENERGIA DE EL CUERPO QUE LO ABSORBE EN LA MISMA MEDIDA QUE DISMINUYE LA ENERGIA DEL CUERPO QUE LIBERA EL CAOR
LEY DE TENDENCIA AL EQUILIBRIO EL CALOR SIEMPRE FLUYE NATURALMENTE DEL CUERPO CALIENTE AL CUERPO FRIO HASTA ALCANZAR UN EQUILIBRIO
NECESIDAD DE AMPLIAR FORMULACION DE PRIMERA LEY PARA INCLUIR SISTEMAS TERMOMECANICOS
corriente
UN SISTEMA PUEDE ADQUIRIR ENERGIA TERMICA Y SUBIR SU TEMPERATURA MEDIANTE TRABAJO, SIN NECESITAR ABSORBER CALOR
FORMULACION MAS GENERAL DE PRIMERA LEY PARA SISTEMAS CERRADOS
H
Potencia
E
LA ENERGIA DE UN SISTEMA CERRADO SOLO CAMBIA MEDIANTE FLUJOS DE CALOR Y TRABAJO QUE NO ALTERAN LA ENERGIA TOTAL DEL UNIVERSO (SISTEMA MAS AMBIENTE)
Cambio de energia del sistema= calor(Q) que absorbe - trabajo(W) que hace sobre ambiente
Ejemplo ilustrativo: sistema=gas dentro de un cilindro sellado durante 10 segundos H=3 julios/seg (vatios) , Potencia= 2 julios/seg (vatios) suponemos que la energia inicial del sistema =100julios y que la energia inicial de fuente de calor=fuente de trabajo= 200 julios Hallar W,Q,∆E , Energias finales del sistema y de las fuentes y la energia del universo al inicio y al final del proceso.
DETERMINACION DEl TRABAJO(W) Y DELCALOR(Q) PARA UN SISTEMA GASEOSO MEDIANTE LA PRIMERA LEY
F= FUERZA CONTRA EL PISTON v= velocidad de espansión del pistón P= PRESION DEL GAS A= AREA DEL PISTON dV= cambio infinitesimal de volumen del gas PARA UN FLUIDO(GAS O LIQUIDO) PODEMOS INTERPRETAR TRABAJO COMO LA INTEGRACION DE LA PRESION A TRAVES DE UN CAMBIO EN VOLUMEN
Ejemplo : expansión isotérmica de aire a temperatura de 27ºC : V1=1m^3, V2=2m^3, T=300K , n=40 moles ,R=8.2J/K DETERMINACION DE W Y DE Q CON LA PRIMERA LEY
=7E4 J
Q=W=7E4J
1 LEY: LEYDE CONSERVACION DE ENERGIA: SISTEMAS ABIERTOS flujo de sustancias
potencia química
velocidad
energia del ambiente
potencia mecanica
fuerza
ENERGIA: •Propiedad acumulativa de un sistema que expresa su capacidad para generar cambios físicos •propiedad que se conserva: lo que gana el sistema lo pierde el ambiente y viceversa •propiedad intercambiable con el ambiente por tres procesos o flujos:flujo energia del de sustancias quimicas(potencia sistema quimica),flujo de trabajo(potencia mecanica) y flujo de calor(potencia termica) •propiedad escalar que asume diversas formas que son mutuamente transformables
potencia térmica
temperatura del ambiente
temperatura del sistema
Propiedad acumulativa que se conserva, pero que puede transformarse y / o pasar de un cuerpo a otro mediante trabajo, calor o un flujo de sustancias
FORMULACION GENERAL DE SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA LEY DE CRECIMIENTO DE LA ENTROPIA Universo=sistema + ambiente Q Sistema
ambiente
TODO SISTEMA MACROSCOPICO TIENE UNA PROPIEDAD ,LA ENTROPIA, TAL QUE EN TODO PROCESO NATURAL SU VALOR PARA EL UNIVERSO CRECE(PROCESO IRREVERSIBLE) O PERMANECE IGUAL(PROCESO REVERSIBLE)
SU = S + SA ∆S U = ∆S + ∆S A ≥ 0
LA ENTROPIA , IGUAL QUE LA ENERGIA SE DEFINE POR SU CAMBIA EN UN PROCESO DEL SIGUIENTE MODO: Calor intercambiado por sistema con ambiente Unidades de S = cal / K Temperatura absoluta del sistema Q>0 si sistema absorbe calor y Q0
Q (calor absorbido del ambiente)
Cubo de hielo
Charco de agua
∆S =
Q calor latente 10g * 80cal / g = 2.93cal / K = = T temperatura hielo 273º K
El cambio de entropia del ambiente(aire a 27ºC) es
El aumento de entropia del universo es:
CALCULO DE CAMBIO DE ENTROPIA DEL UNIVERSO EN AMBIENTE A TEMPERATURA DE -10ºC SISTEMA: charco de 10 gm de agua a 0ºC AMBIENTE: aire a -10ºC PROCESO: CONGELACION DEL AGUA