primera ley

1. Termodinámica
Lic. Juan Carlos Ugas
Mayo de 2025

2. PROGRAMA TERMODINÁMICA
• 1.- ¿Qué es la termodinámica? Concepto de energía y sus transformaciones. Unidades y conversiones. Formas de
energía. Concepto de sistema y su entorno. Procesos reversibles e irreversibles. Diagramas de Fase (P,V,T)
• 2.- Calor(Q) y Trabajo (W). Ecuación de la energía (W=F.d) relación con la fuerza y la distancia. Diferencial
térmico y formas de transferencia de calor. Temperatura y transformación de unidades. Calor sensible y calor
latente, calor de vaporización. Punto triple del agua, punto de rocío y punto de burbuja. Capacidad calorífica
(Cp), Conducción, convección y radiación.
• 3.- Primera ley de la termodinámica. el balance de energía. La ecuación general de la
conservación de la energía. Concepto de entalpía. Ejercicios resueltos y propuestos.
• 4.- Segunda ley de la termodinámica. Concepto de Entropía (ΔS/T). Ejercicios resueltos.
• 5.- Calculo de procesos industriales. Máquinas térmicas. Refrigeración. Calefacción, secado, Destilación y
fraccionamiento, procesos de separación. Ciclo de Carnot. Ciclo de Otto. Balances de masa y energía.
Recirculación y bypass.
• 6.- Combustión de hidrocarburos. Energías renovables no convencionales (Solar, Eólica, Geotérmica,
mareomotriz, undimotriz, biocombustibles) . Producción limpia. Aplicaciones y usos. Ejemplos.
• 7.- Repaso General. Evaluacion.

3. Primera Ley de la
termodinámica
Establece las relaciones entre
los flujos de energía que
experimenta un sistema físico y
la forma en que cambian sus
propiedades

4. Balance de Energía
para un Sistema
Es la aplicación práctica
de la primera ley.

5. Tipos de Energía que intervienen
en un balance de energía (I)
 Calor (Q) = Energía que entra o sale de un sistema
debido a las diferencias de temperatura entre la
pared del sistema y el ambiente.
 Trabajo (W) = Energía que se entrega o se retira por
la acción de agitadores y elementos que hacen que se
muevan los componentes del sistema o que responden
a sus movimientos.

6. Tipos de Energía que intervienen en
un balance de energía (II)
Energía interna por unidad de masa
(u) = La que poseen las sustancias del
sistema en virtud de su movimiento
molecular, es decir, de su
temperatura.

7. Tipos de Energía que intervienen en
un balance de energía (III)
 Energía cinética por unidad de masa (EC) = ½m V^2 = Es la
energía que tienen las sustancias en virtud de su movimiento
masivo.
 Energía potencial por unidad de masa (EP) = mg z = Es la
energía que tienen las sustancias en virtud de su posición
relativa vertical.

8. Expresión de la primera ley para un
sistema que está sujeto a un ciclo
cerrado
Q-W = 0

9. Primera ley de la termodinámica
Es un caso particular de la ley de conservación de la energía, en la cual:
- la única variación en la energía de un sistema se produce en su
energía interna
- los únicos mecanismos de transferencia de energía son el calor y
el trabajo
La variación de la energía interna de un sistema es igual a la suma de la
energía transferida a través de los límites del sistema por medio de calor
y la transferida por medio de trabajo
Aunque el calor y el trabajo considerados por separado
dependan del camino recorrido para conectar los estados
inicial y final, la suma de ambos es independiente, y sólo
está determinada por los estados inicial y final

10. Aplicaciones de la primera ley de la termodinámica:
proceso adiabático
En un proceso adiabático ninguna energía entra o sale del sistema en
forma de calor ( )
Ejemplo 1: caso en el que todas las superficies
del émbolo son aislantes perfectos
Ejemplo 2: procesos muy rápidos (la
transmisión de energía en forma de
calor es un proceso lento)
Cuando se expande un gas adiabáticamente, es negativa
Cuando se comprime un gas adiabáticamente, tanto como son
positivos (se realiza un trabajo sobre el gas, es decir, se transfiere energía
hacia el sistema de modo que su energía interna aumenta.

11. Aplicaciones de la primera ley de la termodinámica:
proceso isócoro
Un proceso en el que el volumen se mantiene constante: proceso isócoro
Si fijamos el émbolo para que no se pueda mover
En un proceso isócoro, si se suministra energía en
forma de calor toda la energía se utiliza en aumentar su
energía interna
El trabajo realizado es cero (ya que el volumen no varía)
En un diagrama PV, un proceso isócoro
se representa por una línea vertical

12. Aplicaciones de la primera ley de la termodinámica:
proceso isotérmico
Un proceso que se desarrolla a temperatura constante: proceso isotérmico
En un gas ideal, la energía interna es función
únicamente de la temperatura.
Si la temperatura es constante
En un proceso isotérmico, cualquier cantidad de
energía que se suministre al gas en forma de trabajo
abandona el sistema en forma de calor, por lo que la
energía interna permanece constante
En un diagrama PV, un proceso
isotérmico se representa por una línea
curva

13. Aplicaciones de la primera ley de la termodinámica:
sistema no aislado en un proceso cíclico
Un proceso cíclico es aquel que comienza y termina en el mismo estado
La variación de energía interna debe ser cero, ya
que la energía interna es una variable de estado y
los estados inicial y final son los mismos
Durante un ciclo, la energía en forma de calor
suministrada al sistema debe ser igual al opuesto del
trabajo realizado sobre el sistema
El trabajo neto realizado en un ciclo es igual al área delimitada por la trayectoria
que representa el proceso en un diagrama PV

14.  Calcule la cantidad de calor necesaria para calentar 1
litro de agua desde 25 °C hasta 100 °C a nivel del mar.
Exprese el resultado también en kilocalorías.

15.  Un trozo de material de 360,16 gramos se calienta de 37
℃ hasta 140 ℃. La energía térmica suministrada es de
1150 calorías.
Ejercicios

16. Ejercicios
 Queremos aumentar en 45oC la temperatura de 10 litros de agua. ¿Qué
cantidad de calor debemos suministrar?. Ceagua = 4186 J / (Kg . K)
 Queremos aumentar la temperatura de una sustancia que se encuentra
inicialmente a 20oC a 80oC. Si su calor específico es de 0,50 cal/(g.oC)
determinar la cantidad de calor que debemos suministrar a 1,25 Kg de dicha
sustancia

17. Ejercicios
 El calor de combustión de la nafta es 11 . 10³ cal /g. ¿Cuál
es la masa de nafta que debemos quemar para obtener 40
. 107cal?.
 Para calentar 800 g de una sustancia de 0 °C a 60° C
fueron necesarias 4.000 cal. Determine el calor específico
y la capacidad térmica de la sustancia.

18. Ejercicios
 ¿Cuál es la cantidad de calor necesaria para elevar la
temperatura de 200 g de cobre de 10 °C a 80 °C?. Considere
el calor específico del cobre igual a 0,093 cal /g °C.
 Considere un bloque de cobre de masa igual a 500 g a la
temperatura de 20 °C. Siendo: c cobre = 0,093 cal /g °C.
Determine: a) la cantidad de calor que se debe ceder al
bloque para que su temperatura aumente de 20 °C a 60 °C y
b) ¿cuál será su temperatura cuando sean cedidas al bloque
10.000 cal?

19. Problemas Propuestos
¿Cuál será la variación de la energía interna en un sistema que recibe 480 calorías y se le
aplica un trabajo de 1090 Joules?
A un sistema formado por un gas encerrado en un cilindro como émbolo, se le suministran 600
calorías y realiza un trabajo de 430 Joules. ¿Cuál es la variación de la energía interna del
sistema expresado en Joules?
Un sistema al recibir un trabajo de -240 J, sufre una variación en su energía interna igual a 95 J.
Determinar la cantidad de calor que se transfiere en el proceso y si el sistema recibe o cede
calor

20. Problemas Propuestos
 Calcule el trabajo que puede ser hecho por una masa de 400 g que cae desde
una altura de 300 cm. Calcule además el calor que se desprendería si ésta
masa cayera libremente desde esa altura.
 ¿Cuál será el trabajo realizado al desplazar una masa de 500 g, hasta una
altura de 1 Km. De su respuesta en calorías y joules.
 Si el calor específico de una sustancia es Cp = 1.6 cal/gºC. ¿Cuál es la energía
 transferida, si se calienta una masa de 100.o g de dicha sustancia, desde 37ºC
 hasta 45ºC?.

21. Problemas Propuestos
 Considere un sistema que contiene un mol de un gas monoatómico retenido
por un pistón. ¿Cuál es el cambio de energía interna del gas, si q = 50.0 J y
w = 100.0 J?.
 Si en un proceso dado, el cambio neto ó total de energía interna de un
sistema es de 100.0 cal, y el mismo realizó un trabajo de w = 100.0 cal,
determine el calor transferido al sistema.
 ¿Cuál será el valor de q si el cambio en energía interna de un gas ideal,
durante un proceso dado fue de E = 0.0 y el trabajo realizado fue de 100.0
cal?.

22. Primera ley de la termodinámica y
aplicación a diferentes tipos de procesos
 ¿Cuál será el trabajo realizado, al ocurrir un cambio de estado en un sistema,
si q = 0 y E = 545 cal/mol?.
 Se tiene un “baño de María” de 500 g de agua a 100ºC y se sumerge un tetero
de 10.0 g de leche a 25ºC por unos minutos, para luego sacarlo a la
temperatura final de 37ºC. a) Determine la temperatura final del baño. b)
Determine E, q y w debido al cambio experimentado por el sistema y el
medio.
 Considere un sistema que contiene un mol de un gas monoatómico retenido
por un pistón. ¿Cuál es el cambio de temperatura del gas al ser sometido a un
proceso donde q = 50.0 J y w = 100.0 J?.

23. Referencias
 1. Atkins, P. W., Fisico Quimica, Editorial Addison-Wesley
 2. Atkins, P. W., Physical Chemistry, W. H. Freeman and
Company.