LECCIN 5

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LECCIÓN 5

• El trabajo adiabático la energía interna
• Concepto de calor
• Formulación del primer principio de la
  termodinámica
• La entalpía.

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Introducción matemática

• En la descripción de los procesos físicos
  acostumbran a usarse funciones matemáticas.
• Esas funciones pueden ser de diferentes tipos y,
  a lo largo del curso, se comentarán según las
  necesidades descriptivas que se tengan.
• Por el momento, consideremos funciones continuas
  de una o dos variables.

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Tipos de funciones

• Las funciones pueden ser de dos tipos
• funciones de línea
• funciones de punto ó de estado.
• Las primeras son aquellas cuyo incremento entre
  dos estados dados, depende del camino seguido.
  Por ejemplo, el trabajo mecánico
• que depende
• del camino

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Función de punto o estado

• Es aquella cuyo incremento entre dos estados no
  depende del camino seguido.
• Por ejemplo, la energía potencial de un cuerpo,
  que sólo depende de la altura y es independiente
  del camino seguido para modificarla.
• Este tipo de función resultará muy útil en el
  caso de funciones de dos variables.

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Función de punto o estado

• es una función de estado si
  
• cumple
• y además

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Antecedentes del calor

• 1780. Lavoisier y Laplace midieron, por primera
  vez, la cantidad de calor por la masa de hielo
  fundida.
• 1798. Rumford presentó su estudio sobre la
• producción de calor por fricción.
• 1842. Mayer relacionó el calor con el esfuerzo
• mecánico de las personas.
• 1843-45. Joule determinó el equivalente mecánico
• de la caloría 1 cal 4,181 J.

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La experiencia de Joule

• Tomó un recipiente con agua en equilibrio y le
  suministró calor.
• .

Como consecuencia de ello, la temperatura del
agua aumentó.
Joule midió el aumento de temperatura y dedujo el
calor cedido.
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La experiencia de Joule

• Recuperado el equilibrio inicial, agitó el agua
  con una rueda de paletas movida por la caída de
  un grave.

También aumentaba la temperatura.
Halló el equivalente mecánico de la caloría
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Primer principio de la termodinámica

• El 23 de julio de 1847, Hermann von Heltholtz
  establece el primer principio de la
  termodinámica, que enunciamos así
• Todos los estados de equilibrio de un sistema
  termodinámico son conectables entre sí mediante
  el suministro adiabático de trabajo. Dicho
  trabajo sólo depende de los estados de equilibrio
  inicial y final.

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Trabajo adiabático

• Se sabe que existen tres interacciones la
  másica, la mecánica y la térmica.
• La única conocida es la mecánica, por lo que se
  usará para describir las restantes.
• Se llama trabajo adiabático al trabajo realizado
  sobre un sistema cerrado rodeado por una pared
  adiabática.

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La conexión adiabática

• Es el proceso de un sistema rodeado por una pared
  adiabática.
• El trabajo suministrado puede ser potencial o
  disipativo
• El carácter adiabático determina el proceso.
• El trabajo se mide externamente.

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La conexión adiabática

• Sólo se considera el proceso de cesión de trabajo
  al sistema.
• El proceso inverso dará lugar a otro principio de
  la termodinámica.

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La energía interna

• El trabajo adiabático sólo depende de los
  extremos del proceso

Se define una función propia del estado del
sistema, llamada energía interna. De forma, que
la diferencia entre el estado final
y el estado final
Es igual al
trabajo adiabático suministrado
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La definición de calor

• Sean dos estados de equilibrio, i y f, de un
  sistema. Su conexión adiabática requiere un único
  trabajo, mientras que otro proceso
  cualquiera, no adiabático, entre i y f consumirá,
  .
• Se define la cantidad de calor puesta en juego en
  segundo proceso como la diferencia entre los
  trabajos

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La definición de calor
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El convenio de signos

• El calor cedido al sistema será positivo y el
  extraído, negativo.
• El trabajo extraído del sistema es positivo y el
  cedido, negativo.

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Formulación del principio
Sumando las ecuaciones
y se obtiene que
es la formulación finita del primer principio. Si
se considera un proceso infinitesimal
, y como se obtiene
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Formulación infinitesimal
En un proceso expansivo infinitesimal
, y como se obtiene En
general
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Intercambios

• El trabajo y el calor son cantidades de
  intercambio que se miden desde el exterior del
  sistema
• La energía interna es una función propia del
  estado del sistema que se mide por diferencia

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La energía interna
El primer principio aplicado a un sistema
expansivo implica En un proceso isócoro se
cumple . El incremento
de energía interna es el calor isócoro.
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La entalpía
Como se ha visto, la energía interna es una
función de estado del sistema, es decir, sólo
depende de las variables del estado de equilibrio
del mismo. Por razones de simetría, se define
otra función de estado del sistema en equilibrio
que se conoce como entalpía y toma la forma
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La entalpía
El primer principio aplicado a un sistema
expansivo implica Como la entalpía es
el primer principio toma la
forma En un proceso isóbaro se cumple
. El incremento de entalpía es el
calor isóbaro.
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LECCIÓN 5
FIN