Lab 1

PROCESOS TERMODINÁMICOS

En física, se denomina proceso termodinámico a la evolución de determinadas magnitudes (o propiedades) propiamente termodinámicas relativas a un determinado sistema termodinámico. Desde el punto de vista de la termodinámica, estas transformaciones deben transcurrir desde un estado de equilibrio inicial a otro final; es decir, que las magnitudes que sufren una variación al pasar de un estado a otro deben estar perfectamente definidas en dichos estados inicial y final. De esta forma los procesos termodinámicos pueden ser interpretados como el resultado de la interacción de un sistema con otro tras ser eliminada alguna ligadura entre ellos, de forma que finalmente los sistemas se encuentren en equilibrio (mecánico, térmico y/o material) entre sí.


Objetivo:
ü Comprender la primera ley de la termodinámica como una correspondencia del principio de conservación de la energía.

ü Comprender los procesos termodinámicos e identificarlos a partir de la interpretación de gráficos.



Marco Teórico

En física, el calor se entiende como el proceso de transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas;este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia uno de menor temperatura, cabe añadir que esta transferencia se da hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico.
Laenergía puede ser transferida por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar a la radiación (propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas), la conducción (mecanismo detransferencia de energía térmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus partículas sin flujo neto de materia) y la convección (se produce únicamente por medio de materiales fluidos enmovimiento), aunque en la mayoría de los procesos reales todos estos mecanismos se encuentran presentes en mayor o menor grado.



PROCESO ISOTÉRMICO:


Se presenta cuando la temperatura del sistema, permanece constante independientemente de los cambio de presión o volumen que sufran.
Este proceso se rige por la ley de Boyle-Mariotte de Robert Boyle (1626-1691), Físico Químico irlandés conocido por sus experimentos acerca de las propiedades de los gases
y Edme Mariotte (1620-1684), Físico Francés que descubrió la ley que relación la presión y el volumen de los gases a temperatura constante.
Si un proceso isotérmico formado por un gas experimenta una expansión isotérmica, para que la temperatura permanezca constante la cantidad de calor recibido debe ser igual al trabajo que realiza durante la expansión. Pero si presenta una compresión isotérmica, para que la temperatura también permanezca constante el gas tiene que liberar una cantidad de calor igual al trabajo desarrollado sobre él.

Cálculo del Trabajo (W):

W = 2,3 Pi.Vi [log(Vf / Vi)]


Cálculo de la Variación de la Energía Interna (ΔU): Puesto que la temperatura permanece constante, la energía interna no varía.

ΔU = 0

Cálculo del Calor Entregado:


ΔU = Q - W
0 = Q - WQ = W


Ley de Boyle - Mariotte: "El volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión cuando su temperatura permanece constante".
Pi.Vi = Pf.Vf


PROCESO ISOBARICO:

Es cuando hay una variación del volumen o temperatura y la presión permanece constante, no importando si el gas sufre una compresión o una expansión. Este proceso rige por la Ley de Charles: Jackes A. Charles ( 1742-1822). Químico, físico y aeronauta Frances, que fue el primero en hacer mediciones acerca de los gases que se expanden al aumentar la temperatura.
:


Cálculo del Calor.- El calor entregado para que el gas pase del estado (1) al estado (2), se puede calcular así:

Q = Cp.m (ΔT)


Cp = Calor específico a presión constante.

Cálculo del Trabajo (W):

W = P (Vf - Vi)
Cálculo de la Variación de la Energía (ΔU):

ΔU = Q - W

Ley de Charles: "El volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta, cuando su presión permanece constante".
Vi = Vf
Ti Tf

PROCESO ISOCORICO:

Se presenta cuando el volumen del sistema permanece constante. Ya que la variación del volumen es cero, no se realiza trabajo sobre el sistema ni de éste último de sobre los alrededores, por lo que se cumple Tr = 0 Y ΔEi = Q, esto indica que todo el calor suministrado aumentara en la misma proporción a la energía interna, en general esto se presenta cuando un gas se calienta dentro de un recipiente con volumen fijo.
Cuando se calientan dos masas iguales de gas, a una presión constante y otra a volumen constante, para que logren el mismo incremento de temperatura se requiere proporcionar mayor calor al sistema a presión constante (Qp>Qv). Ello se debe a que en el proceso isobárico el calor suministrado se usa para aumentar la energía interna y efectuar trabajo, mientras que en el proceso isocórico todo el calor se usa para incrementar exclusivamente la energía interna.

Cálculo del Trabajo (W): Puesto que no existe desplazamiento, el trabajo realizado por el gas es nulo.

W = 0

Cálculo de la Variación de la Energía Interna (ΔU):
ΔU = Q - W
ΔU = Q - 0
ΔU = Q

Cálculo del Calor Entregado:
Q = Cv.m (ΔT)


Cv = Calor específico del gas a volumen constante.


Ley de Gay Lussac: "La presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta, cuando su volumen permanece constante".

Pi = Pf
Ti Tf

PROCESO ADIABATICO:
Ocurre cuando el sistema no crea ni recibe calor, cumpliéndose que (Q=0) y ΔEi = -Tr , aun cuando el gas puede presentar expansión o comprensión.
En resumen las condiciones que se tienen que cumplir para los procesos son termodinámicos son:




Cálculo del Calor:
Q = 0


Cálculo de la Variación de la Energía Interna (ΔU):

ΔU = Q - W
ΔU = 0 - W
ΔU = -W


Cálculo del Trabajo (W):
W = Pf.Vf - Pi.Vf
1 - K
Donde: K = Cp
Cv


Si el gas es:

Monoatómico : K = 1,67
Diatómico : K = 1,4
Poliatómico : K ≠ cte.