Pontificia Universidad Católica de Chile Escuela de Ingeniería Departamento de Ingeniería Química y Bioprocesos IIQ 1002 TERMODINÁMICA
2. Primera Ley de la Termodinámica
Semestre 2, 2009 Sección 2 José Luis Salazar N.
2. Primera Ley de la Termodinámica 1
Agenda
Sistema Propiedades Estado y Equilibrio Procesos Energía, Trabajo, Potencia, Calor Primera ley de la Termodinámica Análisisenergético
2. Primera Ley de la Termodinámica
2
1
Definiciones: Sistema
Sistema termodinámico
Región del espacio o cantidad de materia elegida para su estudio
Frontera
Real o imaginaria En reposo o en movimiento
Ambiente
Región del espacio que queda fuera de la frontera
2. Primera Ley de la Termodinámica
3
Definiciones: Sistema
Sistema abierto (volumen de control):
Lamasa y la energía pueden atravesar la frontera (superficie de control)
Sistema cerrado (masa de control):
La masa no atraviesa la frontera Solo la energía atraviesa la frontera
Sistema aislado:
Ni la masa ni la energía atraviesan la frontera
2. Primera Ley de la Termodinámica
4
2
Definiciones: Sistema
2. Primera Ley de la Termodinámica
5
Propiedades
Fase: Cantidadde materia homogénea en toda su extensión (en estructura y composición) Propiedad: Característica del sistema, independiente del pasado (P, T, m, V, ?) Propiedad extensiva: Valor total de la propiedad del sistema (V, E, Q, m) Propiedad intensiva: Valor independiente del tamaño o cantidad de materia (T, P) Propiedad específica: Propiedad extensiva por unidad de masa (v, e, q)
2. Primera Ley de laTermodinámica 6
3
Propiedades (Ejemplo)
Por ejemplo, consideremos la sala de clases. En este mismo instante, tiene un volumen, una presión, una temperatura y un numero de alumnos determinado.
sala de clases
V P T Nº
2. Primera Ley de la Termodinámica
7
Propiedades (Ejemplo)
¿Qué pasa con el volumen, la presión, la temperatura y el numero de alumnos si dividimos la sala en dospartes iguales?
sala de clases
V/2
Cada parte posee el mismo valor de presión y temperatura (propiedades intensivas), mientras que el volumen y el numero de alumnos de cada parte P T Nº1 a V/2 P T Nºdel corresponde la mitad 2 volumen original de la sala de clases (propiedad extensiva).
V P T Nº
2. Primera Ley de la Termodinámica
8
4
Estado y Equilibrio
Estado de un sistema:Condición definida por sus propiedades Equilibrio termodinámico: Equilibrio térmico: Temperatura uniforme Equilibrio mecánico: Igualdad de fuerzas Equilibrio de fases: Sin intercambio entre fases Equilibrio químico: Sin reacciones químicas
2. Primera Ley de la Termodinámica
9
Procesos
Proceso: Cualquier cambio que experimente un sistema de un estado en equilibrio a otro Camino de unproceso: Serie de estados por los que pasa el sistema durante el proceso Procesos: Isotérmico: Temperatura constante Isobárico: Presión constante Isométrico (isocórico): Volumen constante Ciclo: El sistema al final del proceso regresa a su estado inicial.
2. Primera Ley de la Termodinámica 10
5
Para analizar un problema
Datos: Esquema, frontera, datos conocidos, interacciones IncógnitasModelo: Supuestos, hipótesis Metodología: Ecuaciones a aplicar Análisis: – Evaluación simbólica y numérica – Principios fundamentales – Relaciones entre propiedades Esquema de diagramas de propiedades Solución del problema
2. Primera Ley de la Termodinámica 11
Conceptos Preliminares Energía
La Energía puede existir de numerosas formas:
Nuclear Eléctrica
Eólica
2. Primera Ley de laTermodinámica
Otras
12
6
Conceptos Preliminares Energía
La suma de todas las contribuciones constituye la Energía Total. La Termodinámica no proporciona información acerca del valor absoluto de la energía total de un sistema. Solo trata con el Cambio de la Energía Total. Distinguimos dos Grupos Macroscópico Microscópico
2. Primera Ley de la Termodinámica
13
Conceptos Preliminares…