Tema 2: Procesos termodinámicos B089

Física: Fluidos y termodinámica

Unidad 3: Termodinámica
Tema 2: Procesos termodinámicos.

Unidad 3: Termodinámica

Primera ley de la termodinámica

∆U es independiente de la trayectoria, depende del estado inicial y final del sistema.

Unidad 3: Termodinámica

Procesos termodinámicos

Proceso isocórico o isométrico o isovolumétrico

Proceso realizado a volumen constante.

Unidad 3: Termodinámica

Procesos termodinámicos

Proceso isobárico

Proceso realizado a presión constante.

Unidad 3: Termodinámica

Procesos termodinámicos

Proceso isotérmico

Proceso realizado a temperatura constante.
El intercambio de calor sucede con lentitud para mantener el equilibrio térmico del sistema.

Unidad 3: Termodinámica

Proceso isotérmico

Energía interna en un gas ideal

“La energía interna de un gas ideal depende sólo de su temperatura, no de su presión, ni de su volumen”
Entonces para un gas ideal, en un proceso isotérmico la variación de energía interna es cero.

Unidad 3: Termodinámica

Procesos termodinámicos

Proceso adiabático
No entra ni sale calor del sistema Q=0

​

Expansión adiabática --> W>0 y ∆U<0 energía interna disminuye.

Compresión adiabática --> W<0 y ∆U>0 energía interna aumenta.

Multiple Choice

En un proceso isocórico, ¿Qué sucede con el trabajo?

• El trabajo aumenta.

• El trabajo es constante.

• El trabajo disminuye.

• El trabajo es cero.

Multiple Choice

En un proceso isobárico, ¿Qué sucede con el trabajo?

• $$W=T\ \Delta V$$

• El trabajo es constante.

• $$W=p\Delta V$$

• El trabajo es cero.

Multiple Choice

En un proceso isotérmico de un gas ideal ¿Qué sucede con la energía interna?

• $$\Delta U=0$$

• $$\Delta U>0$$

• $$\Delta U<0$$

• $$\Delta U=Q$$

Multiple Choice

En un proceso adiabático, ¿Qué sucede con el calor?

• $$Q>0$$

• $$Q=0$$

• $$Q<0$$

• $$\Delta U=Q$$

Unidad 3: Termodinámica

capacidad calorífica de un gas

Capacidad calorífica del gas ideal

• A volumen constante W=0 --> ∆U=Q (∗)

• A presión constante --> volumen aumenta p=nRT/V -->entonces realiza trabajo --> Q=∆U+W (∗∗)

Comparando (*) y (**) se requiere más calor en un proceso a presión constante que a volumen constante.

Unidad 3: Termodinámica

capacidad calorífica de un gas

Relación entre C_p y C_v para un gas ideal

Unidad 3: Termodinámica

Proceso adiabático para gas ideal

Expansión--> W>0, ∆U<0, la energía interna disminuye --> T disminuye

Compresión --> W<0, ΔU>0, la energía interna aumenta--> T aumenta

Multiple Choice

Indique si la aseveración es verdadera o falsa.

"Un gas ideal en un proceso adiabático aumenta su volumen, entonces su temperatura también aumenta"

• Verdadero.

• Falso.

Unidad 3: Termodinámica

Proceso adiabático para gas ideal

​Relación entre V, T y p en un gas ideal adiabático

Unidad 3: Termodinámica

ejemplos

​Un cilindro contiene tres moles de helio (gas monoatómico) a temperatura ambiente (suponer a 27°C). Calcular:

a) el calor que debe transferir al gas para aumentar su temperatura hasta 500 K si se calienta a volumen constante.

b) el calor que se debe transferir al gas a presión constante para aumentar su temperatura hasta 500 K.

c) el trabajo realizado por el gas.

Unidad 3: Termodinámica

ejemplos

El aire en un cilindro a 20°C se comprime desde una presión inicial de 1 atm y un volumen de 800 cm³ hasta un volumen de 60 cm³. Suponiendo que el aire se comporta como un gas ideal (γ=1.4) y que la  compresión es adiabática, calcular la presión en atmósferas y temperatura final.

Unidad 3: Termodinámica

ejemplos

Una muestra de un gas ideal pasa a través del proceso mostrado en la figura. De A a B, el proceso es adiabático; de B a C, es isobárico con 100 kJ de energía que entra al sistema por calor. De C a D, el proceso es isotérmico; de D a A, es isobárico con 150 kJ de energía que sale del sistema por calor. Determinar la diferencia de energía interna U_b-U_a.