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Leyes de la TermodinĂĄmica

Profesor Jorge JimĂŠnez arias


Primera ley de la termodinámica También conocido como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Antoine Lavoisier. La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente: Eentra − Esale = ΔEsistema Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:

Q = ∆U + W


Primera Ley de la Termodinámica Energía interna: U E=K + V +U E = U Sistema en reposo en ausencia de campos externos Primera Ley

Existe una función de estado extensiva llamada energía, tal que para cualquier proceso en un sistema cerrado se cumple:

∆E = Q + W


∆U = Q + W

Sistema en reposo en ausencia de campos externos

U: Función de estado

∆U : U2 – U1


Convenio de Signos MEDIO AMBIENTE

W<0

W>0 SISTEMA Q<0

Q>0


Entalpía H = U + PV Utilizando el concepto de Entalpía y la primera Ley de la Termodinámica A P cte

∆H =QP

A V cte

∆U =QV


Segunda ley de la termodinámica Esta ley regula la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, La Segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía tal que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.


Segunda Ley de la Termodinámica Máquinas térmicas Enunciado: “ Es imposible que un sistema realice un proceso cíclico cuyos únicos efectos sean el flujo de calor desde una fuente de calor al sistema y la realización , por el sistema, de una cantidad de trabajo equivalente sobre su entorno.” Fuente de calor (TC)

QC Máquina térmica

-W

- Qf

Fuente fría (Tf)

Rendimiento (e) = -W QC Ciclo = ∆U =O = -W = QC + Qf

e = QC + Qf QC

e = TC - Tf TC


Ciclo de Carnot

∫ dQ = 0 T

Entropía (S)

Enunciado: Existe una función de estado del sistema, la Entropía (S), tal que en todo proceso en un sistema cerrado, su variación esta dada por:

dS = dQ T Enunciado: “ S aumenta en un proceso irreversible y permanece constante en un proceso reversible”

dS > dQirrev T

dS = dQrev T


Entropía y equilibrio ∆suni = ∆S sis + ∆Sent Proceso reversible

∆suni = 0

Proceso irreversible

∆suni > 0

Equilibrio termodinámico en un sistema aislado se alcanza cuando la entropía del sistema es máxima S

tiempo


Tercera Ley de la Termodinámica Calculo de ∆H  calculo de ∆S

“ En cualquier proceso isotérmico que implique sustancias puras solamente, cada una de ellas en equilibrio interno, la variación de entropía tiende a cero cuando T tiende a cero ”

Lim ∆S = 0 T=0 T2

ST2 – S0 = ∫ (CP/T) dT 0


Equilibrio material: Funciones de Gibbs y Helmholtz Primera ley: ∆U  cte Segunda ley: ∆S  Sistemas espontáneos Combinación de ambas leyes: ???????? a) A V y T cte

A = U - TS a) A P y T cte

G = H - TS

Energía Libre de Helmholtz (A) Sistema cerrado, en equilibrio térmico a V y T constante

Energía Libre de Gibbs (G) Sistema cerrado, en equilibrio térmico a P y T constante


∆G = ∆H - T∆S ∆G = 0 equilibrio

∆G >0 No espontáneo

∆G < 0 espontáneo


Gracias

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