Este documento resume los principales conceptos de la primera ley de la termodinámica, incluyendo que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo puede cambiar de forma, y que el calor es una forma de energía. También introduce conceptos como el trabajo, la entalpía, los procesos adiabáticos, y los diagramas de fase, y provee ejemplos como la expansión de un gas.

1. Universidad Fermín Toro
Facultad De Ingeniera
Cabudare Estado Lara
La primera ley de la termodinámica
Alumno:
Ernesto J. Sandoval L.
C.I: 18.054.539
Ingeniería Eléctrica
Sección: SAIA B
Noviembre 2014

2. La termodinámica
(del griego θερμo, termo, que significa «calor» y δύναμις, dínamis, que significa «fuerza»)
es la rama de la física que describe los estados de equilibrio. Comencemos con una
propiedad de llamada Energía. El término energía tiene diversas acepciones, Todos los
cuerpos, pueden poseer energía debido a su movimiento, a su composición química, a su
posición, a su temperatura, a su masa y a algunas otras propiedades. La Primera Ley de la
Termodinámica impide la existencia de movimientos perpetuos de primera especie, es
decir, aquellos que se alimentan de la energía que ellos mismos producen, sin necesidad de
ningún aporte exterior.
La Primera Ley de la Termodinámica identifica el calor como una forma de energía.
Corolario de la Primera Ley
El trabajo realizado en cualquier proceso adiabático es una función de
estado. Podemos escribir la primera ley, fijando el término de transferencia de
calor igual con cero, tal que
Puesto que depende solamente del cambio de estado, se puede encontrar
como una función de estado para este caso particular.
Para un proceso cíclico la transferencia de calor y el trabajo son numéricamente
iguales ya que
Por lo tanto
y en este caso particular

3. Ejemplos de aplicación de la Primera Ley, una propiedad llamada
Entalpía
Estrangulamiento de un gas, proceso adiabático permanente (gas fluyendo a través de una
válvula u otra restricción)
Para analizar esta situación, comencemos por definir el sistema como una unidad de masa
de gas en los siguientes dos estados, En el estado inicial el gas está inicialmente
aguas-arriba de la válvula y apenas a través de ésta. En el estado final el gas está
aguas-abajo de la válvula y apenas a través de ésta.
Expansión cuasi-estática de un gas
Consideremos ahora un proceso cuasiestático a presión constante Podemos escribir la
primera ley en términos de los estados inicial y final del proceso
Llenado de un tanque en estado transitorio
Otro ejemplo de un proceso de flujo, esta vez para un flujo inestable, es el proceso
transitorio de llenar un tanque cuyo estado inicial está evacuado. Este es llenado llenado
con aire como atmósfera circundante, que está a una presión y una temperatura .

4. A un tiempo dado, la válvula del tanque se abre y el aire exterior entra al tanque. Observe
que en el estado inicial se tiene al sistema totalmente fuera del tanque, mientras que en el
estado final el sistema está totalmente dentro del tanque. La energía cinética del estado
inicial y del estado final es insignificante, al igual que el cambio en la energía potencial, así
que la primera ley la escribimos como:
El calor específico: la relación entre el cambio de temperatura y el calor
El calor específico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masa para elevar la
temperatura un grado Celsio El incremento en la temperatura debido a la transferida de
calor depende de la sustancia, en general,
El calor específico de un gas ideal
Calor especifico de un gas ideal: los calores específicos a presión y volumen
constante de un gas ideal son funciones de la temperatura únicamente. En múltiples
circunstancias, el calor específico a presión constante no varía significativamente
con la temperatura, y puede suponerse constante. En otras circunstancias, cuando esta variación es
significativa, es conveniente usar un valor promedio para el calor específico. Para un gas ideal se cumple la
relación La ecuación estado para un gas ideal es
Donde es el número de moles del gas en el volumen
Procesos adiabáticos reversibles para un gas ideal
De la primera ley con
, y

5. Volumen de Control
Un volumen de control es un confinamiento que separa una cantidad de materia de sus
alrededores o medio ambiente y nos permite definir un sistema termodinámico La ley de
conservación de la masa, ley de conservación de la materia o ley de Lomonósov-
Lavoisier es una de las leyes fundamentales en todas las ciencias naturales Un volumen de
control es una arbitraria del espacio que se erige en objeto de estudio. Es un sistema
termodinámico con la propiedad añadida que se admite la posibilidad de entradas y salida
de masa. Por lo demás, el volumen de control intercambia calor con una fuente térmica y
trabajo con una o varias fuentes de trabajo
Para el volumen del control mostrado, la razón del cambio de masa dentro del volumen está
dada por la diferencia entre el flujo másico de entrada y el flujo másico de salida. Para un
único flujo que entra al volumen de control y un único flujo de salida podemos escribir:
Conservación de la energía
La ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni
destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra,1 por ejemplo, cuando la energía
eléctrica se transforma en energía calorífica en un calefactor
La primera ley de la termodinámica se puede escribir como una razón de cambio con
respecto al tiempo, esto es

6. Temperatura de estancamiento y entalpía de estancamiento
La Entalpía de parada, entalpía de remanso o entalpía de estancamiento (frecuentemente
designada como el resto de variables de remanso con el sufijo 0,h0) es una forma de
generalizar el concepto de entalpía cuando se trabaja con fluidos con alta energía cinética (a
velocidades no despreciables). Es el caso habitual de flujos en turbinas de gas y motores de
aviación
Supongamos un volumen de control que incluye un conjunto de líneas de corriente que
describen el flujo de fluido en la nariz de un ovejo puntiagudo.
Ejemplo de una
turbina de gas
El ejemplo más antiguo de
la propulsión por gas puede
ser encontrado en un
egipcio llamado Hero en
150 A.C.
Hero inventó un juguete
que rotaba en la parte
superior de una olla

7. hirviendo debido al efecto del aire o vapor caliente saliendo de un recipiente con salidas
organizadas de manera radial en un sólo sentido.
Los puntos complicados del capítulo 2
1. Cuál es la convención para trabajo y calor en la primera ley?
El calor es positivo si se otorga al sistema. El trabajo es positivo se este es hecho
o realizado por el sistema.
2. Cuándo ocurre que ?
Cuando los cambios de otros tipos de energía (cinética, potencial, tensión, etc.) se
pueden despreciar comparados con los cambios en la energía interna, entonces se
tiene como una buena aproximación utilizar como representación del cambio
total de energía en el sistema.
3. Por qué en el llenado de un tanque la temperatura final en el tanque es mayor
que la temperatura inicial?
Ya que se realiza trabajo sobre el sistema y por tanto cambia la energía interna.
4. Cuando la entalpía inicial es la misma que la entalpía final?

8. Las entalpías de estancamiento iniciales y finales son iguales si el flujo es
estacionario y si no hay trabajo neto a través de un eje y transferencia de calor. Si
el cambio en la energía cinética es despreciable, la entalpía inicial y final son la
misma.
Temperatura crítica y presión crítica
Temperatura y Presión Crítica los gases se pueden licuar comprimiéndolos a una
temperatura apropiada. Al aumentar la temperatura, empero, los gases se vuelven más
difíciles delicuar porque sus moléculas tienen mayor energía cinética. Para cada
sustancia, existe una temperatura por encima de la cual el gas no puede licuarse, sea
cual sea la presión
La manera obvia de cambiar a un gas en un líquido es enfriarlo a una temperatura por
debajo de su punto de ebullición. Hay otra manera de condensar un gas para formar un
líquido, sin embargo, implica aumentar la presión en el gas. Los líquidos hierven a la
temperatura a la cual la presión del vapor es igual a la presión del líquido con sus
alrededores. Elevar la presión en un gas por lo tanto aumenta con eficacia el punto de
ebullición del líquido.
Ejemplo:
Suponga que tenemos vapor de agua (o vapor) en un envase cerrado a 120 y 1
atmósfera de presión. Puesto que la temperatura del sistema está sobre el punto de
ebullición del agua, no hay razón para que el vapor condense para formar un líquido. Nada
sucede hasta que comprimimos lentamente el envase de tal modo que se eleva la presión
del gas hasta que la presión alcanza 2 atmósferas. En este punto, el sistema está en el punto
de ebullición en el que hierve el agua y algo del gas se condensará para formar un líquido.
Tan pronto como la presión en el gas exceda 2 atmósferas, la presión del vapor del agua a
120 no es lo bastante grande para que el líquido hierva. El gas por lo tanto condensa
para formar un líquido, como se indica:

9. Diagramas de fase
Diagrama de fase o diagrama de estados de la materia, a la representación entre
diferentes estados de la materia, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del
mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de
agregación diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado.

10. Diagramas de fase
Diagrama de fase o diagrama de estados de la materia, a la representación entre
diferentes estados de la materia, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del
mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de
agregación diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado.