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TERMODINÁMICA SEMINARIO Nº 3:

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA (sistema cerrado)

Ing. Josué Alata Rey CIP 89962 1

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA: (conservación de la energía)

El incremento de la energía interna de un sistema termodinámico es igual a la diferencia entre la cantidad de calor transferida a un sistema y el trabajo realizado por el sistema a sus alrededores.

ΔU = Q − W Sistema Cerrado: Un sistema cerrado es uno que no tiene intercambio de masa con el resto del universo termodinámico. También es conocido como masa de control. El sistema cerrado puede tener interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, así como puede realizar trabajo a través de su frontera. La ecuación general para un sistema cerrado (despreciando energía cinética y potencial y teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico) es:

Se denominan procesos reversibles a aquellos que hacen evolucionar a un sistema termodinámico desde un estado de equilibrio1 inicial a otro nuevo estado de equilibrio final a través de infinitos estados de equilibrio. 2

SEMINARIO Nº 3: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA (sistema cerrado)

PROBLEMA Nº 1

SOLUCIÓN

3

SEMINARIO Nº 3: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA (sistema cerrado)

PROBLEMA Nº 2

SOLUCIÓN

4

SEMINARIO Nº 3: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA (sistema cerrado)

PROBLEMA Nº 2

SOLUCIÓN

5

SEMINARIO Nº 3: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA (sistema cerrado)

PROBLEMA Nº 2

SOLUCIÓN

6

SEMINARIO Nº 3: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA (sistema cerrado)

PROBLEMA Nº 2 SOLUCIÓN

7

SEMINARIO Nº 3: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA (sistema cerrado)

PROBLEMA Nº 3

SOLUCIÓN

8

SEMINARIO Nº 3: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA (sistema cerrado)

PROBLEMA Nº 3

SOLUCIÓN

9

SEMINARIO Nº 3: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA (sistema cerrado)

PROBLEMA Nº 4

Un balón esférico tiene un diámetro inicial de 1.15m y contiene aire a una presión de 1 KPa. Al adicionarle calor (5.32 Kcal.) el diámetro del balón se incrementa a 1.5m. Si durante el proceso la presión es proporcional al diámetro. Determinar el trabajo realizado por el gas y el cambio de energía interna (Desprecie la presión atmosférica ).

SOLUCIÓN

Por lo tanto:

Q: POSITIVO

W: POSITIVO

D

1

Donde:

Cálculo previo:

1.15

P

1

P

K D

1

K ( 1.15)

K

0.8696

1

10

SEMINARIO Nº 3: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA (sistema cerrado)

PROBLEMA Nº 4

Un balón esférico tiene un diámetro inicial de 1.15m y contiene aire a una presión de 1 KPa. Al adicionarle calor (5.32 Kcal.) el diámetro del balón se incrementa a 1.5m. Si durante el proceso la presión es proporcional al diámetro. Determinar el trabajo realizado por el gas y el cambio de energía interna en Kcal. (Desprecie la presión atmosférica ).

SOLUCIÓN W

  

1.5

   

1.5

K D dV

V



V

1.15

W

K D 

2

2

D

 dD 

1.15

W

V

  K   2 

1.5 3

D dD

dV

1.15

dV

 D4   W K   2  4  

 1.54  1.154   W 0.8696   4 2   

W

1.1315

KJoule

W

0.27

KCal

4 3 4 3  6  6  2

   

D

3

 2 3

 

D

8

3

D

2

 3 D  dD 2

 D  dD

ΔU = Q − W ΔU = 5.32 − 0.27 ΔU = 5.05 Kcal. 11