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PROCESOS TERMODINÁMICOS
1.
EXPERIMENTO No 9:
2.
OBJETIVO
PROCESOS TERMODINÁMICOS
 Analizar las transformaciones termodinámicas con un gas ideal
 Hacer cálculos de W, Q y verificar la 1ra Ley de la Termodinámica
3.
TEORÍA
Aplicaciones de la Primera Ley de la Termodinámica
Primera Ley de la Termodinámica
Q = ΔU + W
-------------- (1)
Proceso Isovolumétrico o Isócoro
Es el proceso en el cual durante la evolución del gas, el volumen se mantiene constante.
V = constante:
W = PV = 0
De la 1ra Ley de la T :
U = Q
Todo el calor absorbido por el gas incrementa la energía
interna.
U = Q = ncv T ------------------ (2)
cv = capacidad térmica molar a volumen constante.
3
Gas monoatómico: cv = R
2
5
Gas diatómico:
cv = R
2
Proceso Isobárico
Es el proceso en el cual durante la evolución del gas, la presión se mantiene constante.
W =  p dV = pi (Vf - Vi)
= área sombreada ----------------------------- (3)
De la 1ra Ley:
Q = U + pV = ncv T + nRT = n(cv + R)T
Q = ncp T
----------------------(4)
cp = capacidad térmica molar a presión constante
5
Gas monoatómico cp = R
2
7
Gas diatómico
cp = R
2
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PROCESOS TERMODINÁMICOS
Proceso Isotérmico
Es el proceso en el cual durante la evolución del gas, la temperatura se mantiene
constante.
En el gas ideal: si T = constante,
U = constante
Luego se cumple: T = 0,
U = 0
Trabajo realizado en la expansión isotérmica:
nRT
W =  pdV = 
dV
V
Vf
= nRT ln
---------------------- (5)
Vi
De la 1ra ley de la T.
Q=W
El calor absorbido se convierte en trabajo.
Proceso Adiabático
Es el proceso en el cual el gas se encuentra aislado térmicamente del exterior (Q = 0).
U = -W
De la 1ra ley de T.
La expansión del gas se realiza a costa de su energía interna,
siendo W > 0,
U < 0 y la temperatura disminuye.
Ecuación del proceso adiabático:
De la 1ra ley:
Ordenando:
Integrando:
-
ncvdT = -pdV = -
nRT
dV
V
cV
dV
dT = V
RT
cV
T2
V
Ln
= -Ln 2
T1
V1
R
p1V1 = p2V2 = constante
Siendo  = cp/cv
------------- (6)
Gas monoatómico:  = 5/3
Gas diatómico
:  = 7/5
V2
Trabajo Realizado: W =
 pdV =
V1
p1V1  p 2V2
--------------- (7)
 1
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PROCESOS TERMODINÁMICOS
4. PROCEDIMIENTO
CARGUE EL PROGRAMA CORRESPONDIENTE AL EXPERIMENTO
NOTA:
a) En todo el proceso se trabajara con un gas monoatómico.
b) El equivalente mecánico del calor 1cal = 4,186J
c) 1 atm = 1,013x 105 N/m 2
d) Constante Universal de los Gases: R  8,31
J
mol.K
I.
PROCESO ISOBÁRICO
 Inicie el programa con la opción Transformación Isobárica (p = cte)
 Con los datos mostrados, presione en Calcular y espere a que termine el
proceso.
a) Usando la ecuación del gas ideal, determine el número de moles.
n=
b) Calcule el calor absorbido utilizando la ec(4)
Q=
c) Calcule el trabajo utilizando la ec.(3)
W=
d) Verifique el cumplimiento de la 1ra Ley de la Termodinámica. Ec(1)
PROCESOS TERMODINÁMICOS
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II.
PROCESO ISOVOLUMETRICO
 Inicie el programa con la opción Transformación Isócora (V=cte)
 Asigne el valor de la presión en Estado Final: = 10,0 atm., presione en Calcular
y espere a que termine el proceso.
a) Calcule el calor utilizando la ec.(2)
Q=
b) Calcule ΔU utilizando la ec. (2)
ΔU =
c) Verifique el cumplimiento de la 1ra Ley de la Termodinámica. Ec(1)
III.
PROCESO ISOTÉRMICO
 Inicie el programa con la opción Transformación Isoterma (T=cte)
 Asigne el valor de Volumen en Estado Final: = 8,00 l, presione en Calcular y
espere a que termine el proceso.
a) Calcule el trabajo utilizando la ec.(5)
W=
b) Calcule el calor utilizando la primera ley de la termodinámica ec. (1)
Q=
c) Verifique el cumplimiento de la 1ra Ley de la Termodinámica. Ec(1)
IV.
PROCESO ADIABÁTICO
 Inicie el programa con la opción Transformación Adiabática (Q = 0)
 Asigne el valor de Temperatura en Estado Final: = 100 K, presione en Calcular
y espere a que termine el proceso.
a) Calcule el trabajo utilizando la ec.(7)
W=
b) Calcule el ΔU utilizando la 1ra Ley de la Termodinámica
ΔU =
PROCESOS TERMODINÁMICOS
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c) Verifique el cumplimiento de la 1ra Ley de la Termodinámica. Ec(1)
5. PREGUNTAS. (5 PUNTOS)
6. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES