1. PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
Especialista en Enseñanza de la Física Marcos Guerrero
Ing. Marcos Guerrero 1

2. TEMARIO
• Conceptos Básicos de Termodinámica.
• Primera Ley de la Termodinámica
• Aplicación de la Primera Ley de la
Termodinámica en procesos y ciclos
termodinámicos
Ing. Marcos Guerrero 2

3. CONCEPTOS BÁSICOS DE
TERMODINÁMICA
Ing. Marcos Guerrero 3

4. Qué es la Termodinámica?
La termodinámica es la parte de la
Física que estudia la energía de un
sistema y la transferencia de energía
con el entorno
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5. Sistema: Parte del universo que es objeto de estudio.
Entorno, alrededores, medio ambiente: Resto del universo
Tipos de sistemas
Abierto Cerrado Aislado
Puede Materia Materia Materia
intercambiar Energía Energía Energía
Ing. Marcos Guerrero 5

6. Ing. Marcos Guerrero 6

7. SISTEMA TERMODINÁMICO
Un sistema termodinámico es un sistema cerrado
en el que se puede producir transferencia de
Energía con el entorno. (Por ejemplo, el gas, las
paredes y el cilindro de un motor de automóvil.)
Ing. Marcos Guerrero 7

8. VARIABLES DE ESTADO Y
ECUACIÓN DE ESTADO
4 son las variables P – la presión
de estado que V – el volumen
describen la cantidad n – el número de moles
de un gas T – la temperatura absoluta
pV = nRT es un ejemplo de una ecuación de estado de un gas
ideal, la cual es una simple relación entre las variables de
estado.
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9. Qué es un gas ideal?
Un gas que cumple la ecuación de
estado de los gases ideales y que se
encuentra a baja presión y altas
temperaturas.
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10. A nivel microscópico, qué produce el
cambio de temperatura de un gas ideal?
T  ECt
Ing. Marcos Guerrero 10

11. A nivel microscópico, qué produce el
cambio de temperatura de un gas ideal?
frecuencia con que chocan
P  las moléculas con el
recipiente que los contiene
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12. PROCESOS CUASIESTÁTICOS
También llamado proceso en cuasiequilibrio. Es un
proceso que se lo lleva lentamente y en cada instante de
tiempo el gas ideal se encuentra en equilibrio
termodinámico.
Ejemplos de procesos
cuasiestáticos en gases
ideales:
isócoro: V = const
isobárico: P = const
isotérmico: T = const
adiabático: Q = 0
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13. Qué significa que un gas ideal,
se encuentre en equilibrio
termodinámico?
Ing. Marcos Guerrero 13

14. PROCESO REVERSIBLE
Un proceso es reversible si se realiza mediante una sucesión de
estados de equilibrio termodinámico del sistema y es posible
devolver al sistema y su entorno al estado inicial por el mismo
camino.
Ing. Marcos Guerrero 14

15. ENERGÍA INTERNA (U)
La energía interna se define como la suma de
todas las energías cinéticas y potenciales de las
moléculas.
La energía interna es una función de estado.
En el caso de los gases ideales la energía
interna es función de su temperatura absoluta.
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16. ES LO MISMO ENERGÍA
TÉRMICA Y CALOR(Q)?
La energía térmica es la parte de la energía interna de un cuerpo que va a
otro cuerpo.
El término calor se utiliza para dar entender el flujo de energía térmica
debido a la diferencia de temperaturas entre dos cuerpos en contacto
térmico.
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17. TRABAJO HECHO POR EL
SISTEMA SOBRE EL ENTORNO
Gas contenido en un cilindro a una
presión P efectúa trabajo sobre un
émbolo móvil cuando el sistema
se expande de un volumen V a un
volumen V + dV.
dW = Fdy = PAdy
dW = PdV
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18. El producto Presión y
Volumen, qué unidades
tiene en el S.I.?
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19. El trabajo total cuando el volumen
cambia de Vi a Vf es:
Vf
W   PdV
Vi
El trabajo positivo representa una transferencia de energía entre el
sistema y el entorno y cuando el trabajo es negativo representa una
transferencia de energía del entorno al sistema.
El trabajo efectuado en la expansión desde el estado inicial
hasta el estado final es el área bajo la curva en un diagrama
PV.
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20. Trayectorias
El trabajo realizado por un sistema depende de los estados inicial
y final y de la trayectoria seguida por el sistema entre dichos
estados.
Ing. Marcos Guerrero 20

21. La energía interna en un gas
ideal será una función de
estado que depende de la
trayectoria?
Ing. Marcos Guerrero 21

22. Un recipiente con su pistón contiene en su interior un gas ideal a
temperatura T, volumen V y presión P, tal como se muestra en la
figura. Cuáles son las unidades del producto PV?
Presión constante
A) Newton
B) Joules
C) kilogramo
D) Pascal
E) Ninguna de las unidades anteriores.
Ing. Marcos Guerrero 22

23. Un gas ideal se encuentra en el interior de un recipiente con su
pistón. El gas se lo lleva de un estado de equilibrio
termodinámico A a un nuevo estado de equilibrio
termodinámico B, tal como se muestra en el diagrama P-V. El
trabajo hecho sobre el gas entre los puntos A y B es:
P
A) el área bajo la curva P-V.
B) el negativo del área bajo la curva B A
P-V.
C) puede ser positivo o negativo del
área bajo la curva P-V
D) cero. VB VA
V
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24. Un gas ideal se encuentra en el interior de un recipiente con su
pistón. El gas se lo lleva de un estado de equilibrio
termodinámico 1 a un nuevo estado de equilibrio
termodinámico 2, por diferentes trayectorias A, B y C, tal como
se muestra en el diagrama P-V. La energía interna se
incrementa en todos los procesos. El trabajo hecho por el gas
entre los puntos 1 y 2 es mayor en:
P
A) la trayectoria A. A 2
B) la trayectoria B.
B
C) la trayectoria C.
D) el trabajo es el mismo en las 3 C
1
trayectorias.
V1 V2
V
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25. Un gas ideal se encuentra en el interior de un recipiente con su
pistón. El gas se lo lleva de un estado de equilibrio
termodinámico 1 a un nuevo estado de equilibrio
termodinámico 2, por diferentes trayectorias A, B y C, tal como
se muestra en el diagrama P-V. La energía interna se
incrementa en todos los procesos. El cambio de energía interna
entre los puntos 1 y 2 es mayor en:
P
A 2
A) la trayectoria A.
B) la trayectoria B. B
C) la trayectoria C.
C
D) es el mismo en las 3 trayectorias. 1
V1 V2
V
Ing. Marcos Guerrero 25

26. PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA.
Ing. Marcos Guerrero 26

27. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.
Relaciona la variación de energía interna de un sistema y los
mecanismos de transferencia de energía entre el sistema y el
entorno.
En ecuación matemática se traduce como:
La primera ley de la termodinámica es la ley de conservación de
la energía.
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28. Ing. Marcos Guerrero 28

29. Positivo Negativo Cero
Q Se transfiere Se transfiere No hay
energía térmica energía térmica transferencia de
del entorno al del sistema al energía térmica
sistema entorno entre el sistema y
el entorno.
∆U La energía La energía La energía
interna del interna del interna se
sistema se sistema mantiene
incrementa disminuye constante.
W El sistema ejerce El entorno ejerce No se realiza
un trabajo sobre un trabajo sobre trabajo entre el
el entorno. el sistema sistema y el
entorno
Ing. Marcos Guerrero 29

30. APLICACIONES DE LA
PRIMERA LEY DE LA
TERMODINAMICA
Ing. Marcos Guerrero 30

31. PROCESO ISOTÉRMICO
Un proceso a temperatura constante se llama isotérmico. Si
consideramos un gas ideal es trabajo es:
U  0
Q W
Puede haber expansión
isotérmica o comprensión
isotérmica.
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32. FAMILIA DE LAS ISOTÉRMAS
Ing. Marcos Guerrero 32

33. A nivel macroscópico cómo se
explica que no existe cambio de
energía interna en un proceso
isotérmico? y a nivel
microscópico?
Video
Ing. Marcos Guerrero 33

34. Un gas ideal se encuentra en el interior de un recipiente con
su pistón. El gas es llevado desde el estado termodinámico 1
al Nuevo estado termodinámico 2, a través de un proceso
isotérmico, tal como se muestra en el diagrama P-V. El
trabajo hecho por el gas entre los puntos 1 y 2 es:
A) positivo
P Curva
B) negativo 1
isotérmica
C) puede ser positivo o
negativo
D) cero porque es un proceso
isotérmico. 2
V1 V2
V
Ing. Marcos Guerrero 34

35. Un gas ideal se encuentra en el interior de un recipiente con
su pistón. El gas es llevado desde el estado termodinámico 1
al Nuevo estado termodinámico 2, a través de un proceso
isotérmico, tal como se muestra en el diagrama P-V. El
cambio de energía interna entre los puntos 1 y 2 es:
A) positivo P 1 Curva
B) negativo isotérmica
C) puede ser positivo o
negativo
D) cero porque es un proceso
2
isotérmico.
V1 V2
V
Ing. Marcos Guerrero 35

36. A continuación se tiene un proceso en el que se realiza una
expansión isotémica. La energía térmica que se transfiere al gas
es:
A. Igual al trabajo hecho por el gas.
B. Igual al trabajo hecho sobre el gas.
C. Mayor al trabajo hecho sobre el gas.
D. Menor al trabajo hecho por el gas
Ing. Marcos Guerrero 36

37. PROCESO ADIABÁTICO
En un proceso adiabático no hay flujo de calor entre el sistema
y sus alrededores.
Q0
U  W
Puede haber expansión
adiabática o comprensión
adiabática.
Ing. Marcos Guerrero 37

38. Se puede demostrar que la curva que describe esta
transformación es
pV   p0V0  cte.
adiabáticas
Donde  = (Cp/CV) = 1.67, para gas ideal isotermas
Ing. Marcos Guerrero 38

39. A nivel macroscópico cómo se
explica que hay cambio de
temperatura en un proceso
adiabático? y a nivel
microscópico?
Video
Ing. Marcos Guerrero 39

40. PROCESO ISOBÁRICO
Un proceso a presión constante se denomina isobárico, el
trabajo realizado es:
W  PV f  Vi 
Q  U  W
Puede haber expansión
isobárica o comprensión
isobárica.
Ing. Marcos Guerrero 40

41. A nivel macroscópico cómo se
explica que se mantiene la presión
constante en un proceso isobárico?
y nivel microscópico?
Video
Ing. Marcos Guerrero 41

42. PROCESO ISOCÓRICO
Un proceso a volumen constante se llama isovolumétrico (o
isocórico), en tal proceso el trabajo es cero y entonces: U = Q
W=0
Ing. Marcos Guerrero 42

43. Un trabajo es adiabático si no entra o
sale energía térmica del sistemas, es Expansión libre adiabática
decir, si Q = 0. En tal caso:
U =  W vacío
membrana
Para la expansión libre adiabática
Q = 0 y W = 0, U = 0 Gas a Ti
Muro aislante
La temperatura de un gas ideal que
sufre una expansión libre permanece
constante.
Como el volumen del gas cambia, la Tf = Ti membrana
energía interna debe ser
independiente del volumen, por lo
tanto
Uideal = U(T)
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44. Una expansión libre ocurre cuando
1) aumenta
una vávula es abierta y permite que un
gas se expnadaen el interior de un 2) disminuye
recipiente. En este proceso la
temperartura del gas: 3) permanece igual
Ing. Marcos Guerrero 44

45. Para un sistema aislado el cambio en la energía interna es cero.
Puesto que para un sistema aislado Q = W = 0, U = 0.
En un proceso cíclico el cambio en la Trabajo = Calor = Área
energía interna es cero. P
En consecuencia el calor Q agregado al
sistema es igual al trabajo W realizado.
Q = W, U = 0
En un proceso cíclico el trabajo neto
realizado por ciclo es igual al área
encerrada por la trayectoria que
representa el proceso sobre un
V
diagrama PV.
Ing. Marcos Guerrero 45

46. Ing. Marcos Guerrero 46