TERMODINÁMICA- UAP

OBJETIVOS

TERMODINÁMICA

1.- Aplicar de forma correcta el primer principio de la Termodinámica a procesos termodinámicos sencillos 2.- Expresar con sus propias palabras los conceptos de energía interna y entropía 3.- Explicar el balance de energía aplicado a sistemas cerrados y abiertos 4.- Demostrar la equivalencia entre distintas formas de enunciar el segundo principio de la Termodinámica Explicar las condiciones en las que el funcionamiento teórico de un ciclo de potencia, de refrigeración o de bomba de calor es óptimo ó ptimo 5.- Calcular el rendimiento, el coeficiente de operación o la eficiencia de dichos ciclos TERMODINÁMICA ÍNDICE 11.1 Primer principio de la termodinámica 11.2 Principales transformaciones de un gas ideal 11.3 Análisis energético de ciclos 11.4 Segundo principio de la termodinámica 11.5 Ciclo de Carnot

11.1 Primer principio de la termodinámica La energía de un sistema de partículas es: Para un sistema cerrado en reposo: En Mecánica, la variación de energía se debe a dos tipos de interacción, W y Q Δ =  – 

Δ =  – 

La variación de energía interna de un sistema es igual a la energía transferida en forma de calor menos la energía transferida como trabajo Problemas de aplicación: 1.- Si un gas absorbe 84 J de calor mientras está realizando 30 J de trabajo, ¿cuál es el cambio en la energía interna del gas? Δ =  −  = 84 − 30 = 54   2.- Las manos se pueden calentar frotándolas entre si. (a) Si el coeficiente de rozamiento entre las manos es 0,5 y se frotan con una velocidad media de 35 cm/s, mientras las manos se ejercen una fuerza normal de 35 N ¿Con qué ritmo se genera calor? (b) Si la masa de cada mano es de 350 g, su calor específico es de 4 kJ/kg·K y todo el calor generado se utiliza para elevar su temperatura ¿Durante cuánto tiempo habrá que frotarse las manos para conseguir un incremento de 5°C? a) dQ/dt = d/dt = F = 6,1 

b) Dq/dt = mcΔT/t  t =  =

  .. (

dQ ) dt

=2290 S = 38,1 min

Principales transformaciones de un gas ideal Principio de estado Un gas ideal tiene tantas propiedades independientes como formas de intercambiar energía: V = RT La energía interna, U, de un gas ideal sólo es función de la temperatura  = , + , Gas ideal: , = 0 U = U(t) T = cte Ēc

Calor específico de un gas ideal Calor específico a volumen constante v = T U =  – δ

dU = v T

 = dV = 0

Calor específico de un gas ideal Calor específico a presión constante  = p.dT  = Adx = dV  = E + W

p.dT = T + dV p.dT = T + RdT

V = nRT (P = cte) dV = RdT  =  + 

Calor específico de un gas ideal Gas monoatómico E = T = 3/2 RdT  = 3/2 R CP = 5/2 R Gas diatómico E = T = 5/2 RdT  = 5/2   = 7/2  3.- La capacidad calorífica a presión constante de una cierta cantidad de un gas diatómico

es 14,4 J/K. (a) Hallar el número de moles del gas; (b) ¿Cuál es la energía interna del gas a T =300 K, en J? (c) ¿Cuál es la capacidad calorífica molar de este gas a volumen constante, en J/mol·K? (d) ¿Cuál es la capacidad calorífica de este gas a volumen constante, en J/K?

(a) ¡Ojo a las unidades!  = 72  ⟹ = 0,495 

(b)

 = 52 = 3.090   (c)  =  −= 20,8  ∙  ⁄ (d)  =  − = 10,3   ⁄

Expansión adiabática de un gas (Q=0) V = RT dU = Q – W U = T