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1. José Daniel Zambrano Molina
Nataly Lucia Alcívar SantanaMaría
Gema Rodríguez Solórzano
Rubhén Andrés Desiderio Morales

2. RESUMEN
El propósito de esta investigación es Cubrir los principios básicos de la termodinámica,
presentar una vasta cantidad de ejemplos reales de ingeniería con la finalidad de
proporcionar al estudiante una idea de cómo se aplica la termodinámica en la práctica de
la ingeniería. Desarrollar una comprensión intuitiva de la termodinámica haciendo
énfasis en la física y en los argumentos físicos y sobre todo mediante explicaciones
claras sobre de conceptos y ejercicios prácticos para los estudiantes.

3. INTRODUCCION
La termodinámica es una materia excitante y fascinante que trata sobre la energía, la
cual es esencial para la conservación de la vida mientras que la termodinámica ha sido
por mucho tiempo una parte fundamental de los programas de estudio de ingeniería en
todo el mundo. Es una ciencia que tiene una amplia aplicación: desde los organismos
microscópicos hasta los electrodomésticos, los vehículos de transporte, los sistemas de
generación de energía eléctrica e incluso la filosofía. Esta investigación contiene el
material principal y suficiente para comprender lo que es la termodinámica
Toda ciencia posee un vocabulario único y la termodinámica no es la excepción. La
definición precisa de conceptos básicos constituye una base sólida para el desarrollo de
una ciencia y evita posibles malas interpretaciones.
Hasta alrededor de 1850, los campos de la termodinámica y la mecánica se
consideraban como dos ramas distintas de la ciencia. La ley de conservación de la
energía parecía describir únicamente ciertos tipos de sistemas mecánicos. Sin embargo,
los experimentos de mediados del siglo xix, realizados por el inglés James Joule y otros,
demostraron una fuerte conexión entre la transferencia de energía mediante calor en los
procesos térmicos y la transferencia de energía por trabajo en los procesos mecánicos.
En la actualidad se sabe que la energía mecánica se transforma en energía interna. Una
vez que el concepto de energía se generalizo, a partir de la mecánica, para incluir la
energía interna, la ley de conservación de la energía surgió como una ley universal de la
naturaleza. Este documento se concentra en el concepto de energía interna, la primera
ley de la termodinámica y algunas importantes aplicaciones de dicha ley. La primera ley
de la termodinámica describe sistemas para los que el único cambio de energía es el de
la energía interna y las transferencias de energía son mediante calor y trabajo.

4. REVISIÓN DE LA LITERATURA
Que es la termodinámica?
La Termodinámica es la rama de la Física que estudia a nivel macroscópico las
transformaciones de la energía, y cómo esta energía puede convertirse en trabajo
(movimiento). Históricamente, la Termodinámica nació en el siglo XIX de la necesidad
de mejorar el rendimiento de las primeras máquinas térmicas fabricadas por el hombre
durante la Revolución Industrial.
La Termodinámica clásica (que es la que se tratará en estas páginas) se desarrolló antes
de que la estructura atómica fuera descubierta (a finales del siglo XIX), por lo que los
resultados que arroja y los principios que trata son independientes de la estructura
atómica y molecular de la materia.
El punto de partida de la mayor parte de consideraciones termodinámicas son las
llamadas leyes o principios de la Termodinámica. En términos sencillos, estas leyes
definen cómo tienen lugar las transformaciones de energía. Con el tiempo, han llegado a
ser de las leyes más importantes de la ciencia.
Áreas de aplicación de la termodinámica
En la naturaleza, todas las actividades tienen que ver con cierta interacción entre la
energía y la materia; por consiguiente, es difícil imaginar un área que no se relacione de
alguna manera con la termodinámica. Por lo tanto, desarrollar una buena comprensión
de los principios básicos de esta ciencia ha sido durante mucho tiempo parte esencial de
la educación en ingeniería.
Comúnmente la termodinámica se encuentra en muchos sistemas de ingeniería y otros
aspectos de la vida y no es necesario ir muy lejos para comprobar esto. De hecho no se

5. necesita ir a ningún lado. Por ejemplo, el corazón bombea sangre en forma constante a
todo nuestro cuerpo, diferentes conversiones de energía ocurren en billones de células y
el calor corporal generado se emite en forma constante hacia el ambiente. El confort
humano tiene estrecha relación con la tasa de esta emisión de calor metabólico. Se
intenta controlar esta transferencia de calor ajustando la ropa a las condiciones
ambientales.
Existen otras aplicaciones de la termodinámica en el lugar que se habita. Una casa
ordinaria es, en algunos aspectos, una sala de exhibición de maravillas relacionadas con
la termodinámica. Muchos utensilios domésticos y aplicaciones están diseñados,
completamente o en parte, mediante los principios de la termodinámica. Algunos
ejemplos son la estufa eléctrica o de gas, los sistemas de calefacción y aire
acondicionado, el refrigerador, el humidificador, la olla de presión, el calentador de
agua, la regadera, la plancha e incluso la computadora y el televisor. En una escala
mayor, la termodinámica desempeña una parte importante en el diseño y análisis de
motores automotrices, cohetes, motores de avión, plantas de energía convencionales o
nucleares, colectores solares, y en el diseño de todo tipo de vehículos desde automóviles
hasta aeroplanos. Los hogares que usan eficazmente la energía se diseñan con base en la
reducción de pérdida de calor en invierno y ganancia de calor en verano. El tamaño, la
ubicación y entrada de potencia del ventilador de su computadora también se selecciona
tras un estudio en el que interviene la termodinámica.

6. CALOR Y ENERGÍA INTERNA
Para comenzar es importante hacer una gran distinción entre energía interna y calor,
Términos que en el lenguaje popular con frecuencia se usan incorrectamente y de
manera Intercambiable. La energía interna es toda la energía de un sistema que se
asocia con sus componentes microscópicos, átomos y moléculas, cuando se ve desde
un marco de referencia en reposo respecto del centro de masa del sistema. La
última parte de esta oración asegura que cualquier energía cinética volumétrica del
sistema resultante de su movimiento a través del espacio no se incluye en la energía
interna. La energía interna incluye la energía cinética del movimiento aleatorio
trasnacional, rotacional y vibratorio de las moléculas; la energía potencial vibratoria
asociada con fuerzas entre los átomos en las moléculas; y la energía potencial eléctrica
asociada con fuerzas entre moléculas. Es útil relacionar la energía interna con la
temperatura de un objeto, pero esta correspondencia es limitada. los cambios de energía
interna también se presentan en ausencia de cambios de temperatura. El calor es la
transferencia de energía a través de la frontera de un sistema debida a una
diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores. Cuando usted calienta
una sustancia, transfiere energía hacia ella al colocarla en contacto con alrededores que
tienen una mayor temperatura. Tal es el caso, por ejemplo, cuando coloca una sartén de
agua fría en el quemador de una estufa. El quemador está a una temperatura mayor que
el agua y, por lo tanto, el agua gana energía. También se usara el término calor para
representar la cantidad de energía transferida por este método. Como analogía a la
distinción entre calor y energía interna, considere la distinción entre trabajo y energía
mecánica. El trabajo invertido en un sistema es una medida de la cantidad de energía
transferida al sistema desde sus alrededores, mientras que la energía mecánica (energía
cinética más energía potencial) de un sistema es una consecuencia del movimiento y

7. configuración del sistema. Debido a eso, cuando una persona invierte trabajo en un
sistema, la energía se transfiere de la persona al sistema. No tiene sentido hablar acerca
del trabajo de un sistema; solo es posible referirse al trabajo consumido en o por el
sistema cuando se presentó algún proceso en el que la energía se transfirió hacia o desde
el sistema. Del mismo modo, carece de sentido hablar del calor de un sistema; es válido
referirse al calor solo cuando se transfirió energía como resultado de una diferencia de
temperatura. Tanto el calor como el trabajo son formas de cambiar la energía de un
sistema
Calor específico y calorimetría
Cuando se le agrega energía a un sistema y no hay cambio en las energías cinética o
potencial del sistema, por lo general la temperatura del sistema aumenta. (Una
excepción a esta afirmación sucede cuando un sistema se somete a un cambio de estado,
también llamado transición de fase, como se explica en la siguiente sección.) Si el
sistema consiste en una muestra de una sustancia, se encuentra que la cantidad de
energía requerida para elevar la temperatura de una masa determinada de la sustancia a
cierta cantidad varía de una sustancia a otra. Por ejemplo, la cantidad de energía
requerida para elevar la temperatura de 1 kg de agua en 1°C es 4 186 J, pero la cantidad
de energía requerida para elevar la temperatura de 1 kg de cobre en 1°C solo es de 387
J. En la explicación que sigue se usara el calor como ejemplo de transferencia de
energía, pero tenga en mente que la temperatura del sistema podría cambiar mediante
cualquier método de transferencia de energía.
La capacidad térmica C de una muestra particular se define como la cantidad de
energía necesaria para elevar la temperatura de dicha muestra en 1°C. A partir de esta

8. definición, se ve que, si la energía Q produce un cambio �T en la temperatura de una
muestra, en tal caso
Q = C ∆ T
El calor específico c de una sustancia es la capacidad térmica por unidad de masa. Por
lo tanto, si a una muestra de una sustancia con masa m se le transfiere energía Q y la
temperatura de la muestra cambia en ∆ T, el calor específico de la sustancia es
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
Cuando se introdujo la ley de conservación de energía, se afirmó que el cambio en la
energía de un sistema es igual a la suma de todas las transferencias de energía a través
de la frontera del sistema. La primera ley de la termodinámica es un caso Especial de
la ley de conservación de energía que describe procesos que solo cambian la energia
interna y las únicas transferencias de energía son mediante calor y trabajo:
Una consecuencia importante de la primera ley de la termodinámica es que existe una
cantidad conocida como energía interna cuyo valor está determinado por el estado del
sistema. Por lo tanto, la energía interna es una variable de estado similar a la presión,
volumen y temperatura.

9. Cuando un sistema se somete a un cambio infinitesimal de estado en el que una cantidad
pequeña de energía dQ se transfiere mediante calor y una cantidad pequeña de trabajo
dW se invierte, la energía interna cambia en una cantidad pequeña dEint. Debido a eso
para procesos infinitesimales es posible expresar la primera ley como
dE int = dQ + dW
Sistema aislado. Para un sistema aislado, que no interactúa con los alrededores, no hay
transferencia de calor, Q = 0, el trabajo realizado también es cero y por lo tanto no hay
cambio de energía interna, esto es, la energía interna de un sistema aislado permanece
constante:
Q = W = 0, ∆U = 0 y Uf = Ui
Proceso cíclico. Es un proceso que empieza y termina en el mismo estado. En este caso
el cambio de energía interna es cero y el calor agregado al sistema debe ser igual al
trabajo realizado durante el ciclo, entonces:
∆U = 0 y Q = W
Proceso con W = 0. Si se produce un proceso donde el trabajo que se realiza es cero, el
cambio en la energía interna es igual al calor agregado o liberado por el sistema. En este
caso, si se le agrega (quita) calor al sistema, Q es positivo (negativo) y la energía interna
aumenta (disminuye). Esto es:
W = 0, ∆U = Q
Proceso con Q = 0. Si ahora se realiza un proceso donde la transferencia de calor es
cero y el sistema realiza trabajo, entonces el cambio de la energía interna es igual al
valor negativo del trabajo realizado por el sistema, por lo tanto la energía interna

10. disminuye; lo contrario ocurre si se realiza trabajo sobre el sistema. Al cambiar la
energía interna, cambia la energía cinética de las moléculas en el sistema, lo que a su
vez produce cambios en la temperatura del sistema.
Q = 0, ∆U = -W
El calor y el trabajo son variables macroscópicas que pueden producir un cambio en la
energía interna de un sistema, que es una variable microscópica. Aunque Q y W no son
propiedades del sistema, se pueden relacionar con U por la primera ley de la
termodinámica. Como U determina el estado de un sistema, se considera una función de
estado.
PROCESOS TERMODINAMICOS.
Proceso isobárico. Es un proceso que se realiza a presión constante. En un proceso
isobárico, se realiza tanto transferencia de calor como trabajo. El valor del trabajo es
simplemente P (Vf - Vi), y la primera ley de la termodinámica se escribe:
∆U = Q – P (Vf - Vi) 13.7.2
Proceso isovolumétrico. Un proceso que se realiza a volumen constante se llama
isovolumétrico. En estos procesos evidentemente el trabajo es cero y la primera ley de
la termodinámica se escribe:
∆U = Q
Esto significa que si se agrega (quita) calor a un sistema manteniendo el volumen
constante, todo el calor se usa para aumentar (disminuir) la energía interna del sistema.
Proceso adiabático. Un proceso adiabático es aquel que se realiza sin intercambio de
calor entre el sistema y el medioambiente, es decir, Q = 0. Al aplicar la primera ley de la
termodinámica, se obtiene:

11. ∆U = -W
En un proceso adiabático, si un gas se expande (comprime), la presión disminuye
(aumenta), el volumen aumenta (disminuye), el trabajo es positivo (negativo), la
variación de energía interna ∆U es negativa (positiva), es decir la Uf < Ui (Uf > Ui) y el
gas se enfría (calienta).
EXPANSIÓN ISOTÉRMICA DE UN GAS IDEAL
Suponga que le permite a un gas ideal expandirse cuasi estáticamente a temperatura
constante.
Este proceso se describe mediante el diagrama PV
La curva es una hipérbola y la ley de gas ideal con T constante indica que la ecuación de
esta curva es PV + constante.
Calcule el trabajo consumido en el gas en la expansión desde el estado i al estado f.
El trabajo consumido en el gas se conoce por la ecuación
Ya que el gas es ideal y el proceso es cuasi estático, la ley del gas ideal es valida para
cada punto en la trayectoria.
Debido a eso,
Ya que T es constante en este caso, se puede retirar de la integral junto con n y R:

12. Para evaluar la integral, use (dx/x) ln x en los volúmenes inicial y final produce
ECUACIONES QUE LA GOBIERNAN

13. Resultados y Discusión
La primera ley de la termodinámica es una generalización de la ley de
conservación de la energía que incluye los posibles cambios en la energía
interna.
Ejemplo: Un cilindro contiene 3 moles de helio a temperatura ambiente
(suponer a 27º C). Calcular: a) el calor que se debe transferir al gas para
aumentar su temperatura hasta 500 K si se calienta a volumen constante, b)
el calor que se debe transferir al gas a presión constante para aumentar su
temperatura hasta 500 K, c) el trabajo realizado por el gas.

14. La primera Ley describe y define el comportamiento de la propiedad
llamada energía.
La energía potencial y la energía cinética son dos elementos a considerar,
tanto en la mecánica como en la termodinámica. Estas formas de energía se
originan por la posición y el movimiento de un sistema en conjunto, y se
conocen como la energía externa del sistema. Sin duda, un tema muy
importante en la termodinámica es analizar la energía interior de la materia,
energía asociada con el estado interno de un sistema que se llama energía
interna. Cuando se especifica un número suficiente de coordenadas
termodinámicas, como por ejemplo, temperatura y presión, se determina el
estado interno de un sistema y se fija su energía interna.
La energía potencial Ep depende de los campos externos a los que está
sometido el sistema y está dada como función de la posición. La energía
interna U que considera la energía de las partículas que constituyen el
sistema y sus interacciones a corta distancia. En realidad, esta
descomposición permite distinguir entre las formas de energía mecánica

15. (Em, Ek y Ep) y una forma de energía termodinámica (U) que tiene sentido
para un sistema estadístico constituido por un gran número de partículas.
La energía interna de un sistema U, tiene la forma de energía cinética y
potencial de las moléculas, átomos y partículas subatómicas que
constituyen el sistema, es decir, donde la energía cinética interna es la suma
de la energía cinética de todas las partículas del sistema, y la energía
potencial interna es la suma de la energía potencial debida a la interacción
de todas las partículas entre si,
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 se aplica a todo proceso de la
naturaleza que parte de un estado de equilibrio y termina en otro. Un
sistema esta en estado de equilibrio cuando podemos describirlo por medio
de un grupo apropiado de parámetros constantes del sistema como presión,
el volumen, temperatura, campo magnético y otros. La primera ley sigue
verificándose si los estados por los que pasa el sistema de un estado inicial
(equilibrio), a su estado final (equilibrio), no son ellos mismos estados de
equilibrio. Por ejemplo podemos aplicar la ley de la termodinámica a la
explosión de un cohete en un tambor de acero cerrado.

16. Bibliografía
 Termodinámica de cengel 7ma ed
 Física para ciencias e ingeniería Serway jewed 7ma ed
 Física para ciencias e ingeniería Sears Zemansky Young Freedman volumen 1
12va edición
 Introducción a la termodinámica en ingeniería química Smith Van Ness
 Young y Freedman (Sears, Zemansky) - Física Universitaria -Vol 1. 12ª Edición
(u otras)