31. Leyes de la termodinámica. Parte II

Objetivo de Aprendizaje: Entender las leyes de la termodinámica y su aplicación en un sistema. 

Contenido Temático:

Ejercicio: 

1.- ¿Cuál es el incremento en la energía interna de un sistema si se le suministran 700 calorías de calor y se le aplica un trabajo de 900 Joules?  

 2.- Suponga que un sistema pasa de un estado a otro, intercambiando energía con su vecindad. Calcule la variación de energía interna del sistema en los siguientes casos:  

a) El sistema absorbe 100 cal y realiza un trabajo de 200 J.

b) El sistema absorbe 100 cal y sobre él se realiza un trabajo de 200 J

3.- Cuál es la eficiencia de una máquina térmica a la cual se le suministrarán 8 000 calorías para obtener 25 200 Joules de calor de salida? 

 4.- Calcular la eficiencia de una máquina térmica a la cual se le suministran 5.8 x 10^8 cal, realizando un trabajo de 8.3 x10^7 J. ( en  porcentaje % ). 

- Termodinámica : La termodinámica estudia el calor y los fenómenos térmicos. En esta rama de la física el mundo se divide en sistemas. Concretamente podríamos llamar a un sistema aquél conjunto de varios cuerpos, que se escoge o aísla para estudiarlo, tal como el gas, ya que todo lo demás entran a formar parte del entorno.

- Primera ley: La primera ley la podrás reconocer fácilmente con aquella frase muy famosa que dice “La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”, pues ciertamente la primera ley hace referencia que el calor suministrado a un sistema es igual a la suma del incremento en la energía interna de éste y el trabajo realizado por el sistema sobre sus alrededores.

La primera ley de la termodinámica la definiremos en conceptos matemáticos para hacerla más entendible.

Dónde;

 = Calor suministrado al sistema [Cal, Joules]

 = Incremento en la energía del sistema [ Cal, Joules]

= Trabajo realizado por el sistema [Cal, Joules]

¡Atención! El signo de  es positivo cuando al sistema se le suministra calor y es negativo si el sistema cede calor.

El signo de  es positivo cuando el sistema realiza trabajo y negativo cuando el trabajo se realiza sobre él. Si el sistema incrementa su temperatura el signo  es positivo, y si disminuye su temperatura es negativo.

La segunda ley de la termodinámica nos dice que:

• Cuando ocurre un proceso termodinámico, este ocurre en una sola dirección con respecto al tiempo, pero no viceversa.

Otra forma de encontrarla es mediante una definición similar a la siguiente:

• Es imposible convertir completamente un tipo de energía a otro, sin que este cause pérdidas en el proceso

La Eficiencia de una máquina térmica es la relación entre el trabajo mecánico producido y el calor suministrado.

Dónde:

 Trabajo Mecánico [Cal, Joules]

 Calor Suministrado [Cal, Joules]

 Calor Obtenido [Cal, Joules]

 Trabajo de Entrada [Cal, Joules]

 Trabajo de Salida [Cal, Joules]

e = Eficiencia [ % ]

Tercera ley:  Esta ley da a explicar que una temperatura absoluta de cero grado es imposible alcanzar, la temperatura es una medida de la velocidad promedio de las moléculas de una sustancia. Podemos ensayar por todos los medios pero no podemos lograr que el movimiento molecular cese por completo.

Ley cero: Esto sin duda la podríamos explicar sin mucho texto, y es que la ley cero explica que si dos objetos están en equilibrio térmico es decir que tienen la misma temperatura, con un tercero que llamaremos termómetro, están equilibrio térmico entre sí. Esto parece tan obvio de cierta forma que parece que no debería considerarse una ley.



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ACTIVIDAD:
1.- ¿Cuál es el incremento en la energía interna de un sistema si se le suministran 700 calorías de calor y se le aplica un trabajo de 900 Joules?