[PDF] Módulo 2: Termodinámica Primer principio de la Termodinámica





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Módulo 2: Termodinámica Primer principio de la Termodinámica

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1 1 MMóódulo 2: Termodindulo 2: Termodináámicamica

Primer principio de la

Primer principio de la

Termodin

Termodináámicamica

2

Recordamos...

2 3

¿Cómo se mide el calor?

Como es una forma de energía se mide en Julios.

Pero también se usa la caloría:

1 caloría=4.18 J

A esta fórmula se le conoce con el nombre de

equivalente mecánico del calor

Da una idea de cómo se puede convertir la energíamecánica (cinética y potencial) y el trabajo en calor, y viceversa.

Lo veremos cuando lleguemos al primer principio de la Termodinámica 4

Equivalente mecánico del calor

Históricamente se tardó bastante tiempo en

comprender cuál es la naturaleza del calor.

En un primer momento se pensaba que el calor era un fluido (denominado calórico) que impregnaba los cuerpos y era responsable del calor que éstosintercambiaban al ser puestos en contacto.

En el siglo XIX, Joule ideó un experimento para demostrarqueel calorno era másqueunaforma de energía, y que se podía obtener a partir de la energía mecánica.

Dicho experimento se conoce como experimento de Joule para determinar el equivalente mecánico del calor.

3 5

Equivalente mecánico del calor

Antes del experimento de Joule se pensaba que calor y energía eran dos magnitudes diferentes, por lo que las unidades en que se medían ambas eran también distintas. La unidad de calor que se empleaba era la caloría Con su experimento, Joule se propuso demostrar quese podía elevar la temperatura del agua transfiriéndole energía mecánica

Es decir, que la temperatura de un sistema puede

elevarse dándole calor, pero también realizando un trabajo sobre él 6

Equivalente mecánico del calor

En el interior de un recipiente se

introduce 1 kg de agua a 14.5 ºC. Al recipiente se le acoplan unaspaletas conectadas medianteuna cuerda con una masa que puede caer. Conforme la masa cae a velocidad constante, las paletas giran, por lo que se convierte la energía potencial gravitatoria de la masa en energía para hacer girar las paletas. Debido a este giro, el aguaaumenta de temperatura (el giro de las paletas se transforma en calor). 4 7

Equivalente mecánico del calor

Lo que encontró Joule fue

que, para elevar la temperatura del kilogramo de agua 1 ºC (hasta 15.5ºC), o dicho de otro modo, para conseguir una energía de

1000 calorías, la energía

potencial de la masa debía disminuir en 4180 Julios. Por tanto, la equivalenciaentre unidades de calor y energía es:

4180 J=1000 cal

8

Equivalente mecánico del calor

Pero al final hablamos de lo mismo, ¡energía! Supongamos ahora que sustituimos las paredes de la máquina de Joule (que eran aislantes )por otras conductoras Tenemos que tener en cuenta ahora que habrá una variación de calor a través de estas paredes Es decir, la variación de la energía interna del sistema dependerá del calor quitado o añadido (en este caso a través de las paredes) más el trabajo realizado sobre él (en este caso por las pesas y las paletas) 5 9

Primer principio de la termodinámica

Esto nos lleva al primer principio de la

Termodinámica

La variación de energía interna de un sistema es igual al calor transferido al sistema más el trabajo realizado sobre el sistema

Es simplemente un enunciado de la conservación

de la energía. 10

Primer principio de la termodinámica

Convención de signos

Trabajo W: + si se ejerce trabajosobreel sistema,

- si es trabajo realizadoporel sistema Calor Q: + si se transfierecalor al sistema, - si se extraecalor del sistema 6 11

Ejemplo: calentar agua agitándola

Un sistema consiste en 3 kg de agua. Sobre él se realiza un trabajo de 25 kJ agitándolo con una rueda de paletas. Durante este tiempo, 15 kcal de calor se escapan del sistema debido a un deficiente aislamiento. ¿Cuál es la variación de la energía interna del sistema?quotesdbs_dbs46.pdfusesText_46
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