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COLEGIO DE BACHILLERES
PLANTEL No. 9 ARAGÓN
Asignatura: Física II
Profesor: ________________________________Fecha: _____________
Grupo: ________
Alumno (a): ______________________________________________
Actividad Experimental No. 8 “Primera Ley de la Termodinámica”
1. Objetivo: Aplicaciones de la Primera Ley de la Termodinámica.
El Laboratorio Virtual Ibercaja (LV) es un proyecto del Ministerio de Educación de España, cuyo principal
objetivo es facilitar la comprensión de los conceptos científicos mediante las tecnologías de la
información y la comunicación (TIC), fundamentalmente de los niveles de ESO, Bachiller y equivalentes.
Le recomendamos que consulte antes las instrucciones de uso.Para ello el Laboratorio Virtual ofrece su
aula y esta página web http://www.ibercajalav.net/curso.php
2. Conceptos previos
La Termodinámica es la rama de la Física que se encarga del estudio de la transformación del calor en
Trabajo y viceversa. Su estudio se inició en el siglo XVIII y sus principios se fundamentan en fenómenos
comprobados experimentalmente.
Energía Interna (ΔEi): La Energía Interna de una sustancia es la suma de la Energía Cinética y Potencial
de las moléculas que forman la sustancia. Un cambio en la Temperatura de una sustancia o una
modificación en la fase producen un cambio en la Energía Interna de la sustancia. La energía interna se
expresa en Joules.
Trabajo (W): Magnitud escalar que se obtiene a partir de la fuerza aplicada sobre un cuerpo y el
desplazamiento que éste experimenta. Se representa con la letra W y se determina a partir de la siguiente
expresión:
W = (F)(d). Las unidades del trabajo son los Joules (J).
Calor (Q): Es la transferencia de energía de un cuerpo que tiene mayor temperatura a otro que tiene
menor temperatura, Las unidades del calor son las calorías y las kilocalorías. Se representa con la letra Q
y se determina a partir de la siguiente expresión:
Q = (m) (Ce) (Tf-Ti) . Las unidades del calor son las calorías o kilocalorías (cal, kcal)
“Primera Ley de la Termodinámica” (Ley de la conservación de la energía)
En cualquier proceso termodinámico, el calor suministrado (Q) a un sistema es igual al trabajo (W)
realizado por un sistema más el cambio de la Energía Interna (ΔEi) del sistema.
La Primera Ley de la Termodinámica se puede representar con las siguientes expresiones matemáticas,
que tienen el mismo significado.
Q = W + ΔEi
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ΔEi = Q – W
W = Q - ΔEi
Dónde:
Q = Calor suministrado (Cal. ó Joules)
W = Trabajo realizado (Joules)
ΔEi = Variación de Energía Interna (Cal. ó Joules)
Convención de signos para el Calor y Trabajo en un Sistema:
Q = Calor que entra (+)
Q = Calor que sale (-)
W = Trabajo efectuado por el sistema (+)
W = Trabajo efectuado sobre el sistema (-)
Gas contenido en un cilindro a una presión “P”, efectúa un Trabajo sobre un émbolo móvil cuando el
sistema se expande de un Volumen inicial (Vi) a un Volumen final (Vf).
W = (P) (Vf-Vi)
Donde:
W = Trabajo realizado en Joules a una presión constante del gas (proceso isobárico)
P = Presión constante del gas en N/m2
Vf – Vi = Variación de volumen del gas en metros cúbicos (m3)
Los procesos Termodinámicos son aplicaciones de la Primera Ley de la Termodinámica considerando un
gas ideal encerrado en un sistema émbolo pistón como el del ejemplo anterior.
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Proceso
Explicación
Isobárico
Proceso a presión constante
El calor suministrado se
utiliza para producir el
aumento de la Energía
Interna y producir Trabajo.
Proceso a Temperatura
constante, por lo cual no hay
cambio en la Energía Interna
del Sistema.
Proceso en el cual no se
tiene intercambio de calor
(Q=0), esto sucede cuando el
sistema está rodeado de una
pared adiabática.
Proceso a volumen
constante, el Trabajo
realzado por o sobre el
sistema es cero. (W=0)
Isotérmico
Adiabático
Isocórico
Expresión de la Primera Ley
de la Termodinámica
Q = W + ΔEi
ΔEi = 0
Q=W
Q=0
ΔEi = -W
W=0
ΔEi = Q
3. Ejercicio 1 de Primera Ley de la Termodinámica del Laboratorio virtual.
¿Cuál es el incremento de su Energía Interna (ΔEi) según la Primera Ley de la Termodinámica?
Datos:
Q = 500 cal.
W = 1500 J
ΔEi = ?
Solución:
3
Ejercicio 4 de Primera Ley de la Termodinámica del Laboratorio virtual.
¿Es posible que un gas ideal absorba 2000 calorías y realice un Trabajo de 1000 Joules?
Datos:
Q = 2000 cal.
W = 1000 J
ΔEi = ?
Solución:
Ejercicio :
4
El gas de un cilindro está sometido a una Presión de 5000 Pa y el émbolo tiene un área de 0.15 m 2 . Al
agregar calor el gas empuja al émbolo una distancia de 3 cm (0.03 m). Calcula el Trabajo que realiza el
gas, considerando que la presión permanece constante.
Datos:
P = 5000 N/m2
A = 0.15 m2
d = 0.03 m
W=?
Ejercicio:
En un proceso termodinámico la Energía Interna del sistema se incrementa en 500 J. ¿Cuánto trabajo
realizó el sistema si en el proceso fueron absorbidos 1100 Joules de calor?
Ejercicio:
En un proceso industrial se incrementa la Energía Interna de un sistema en 6000 J y realizó un Trabajo de
5000 J sobre el exterior. ¿Cuánto calor se le proporcionó al sistema?
Ejercicio:
En un proceso termodinámico a un sistema se le suministran 8000 calorías y por ello realiza un trabajo
de 20 000 joules. ¿Cuál es el incremento de la Energía Interna del sistema?
4. Cuestionario:
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4.1 Defina el concepto de Termodinámica
4.2 Mencione que se entiende por sistema termodinámico y a que se le llaman paredes
diatérmicas y paredes adiabáticas.
4.3 Describa el concepto de Energía Interna de un sistema y en que unidades se mide.
4.4 Describe el concepto de Trabajo y en que unidades se mide.
4.5 Explique la Primera Ley de la Termodinámica y exprésela matemáticamente.
4.6 En que principio o Ley se basa la Primera Ley de la Termodinámica.
4.7 ¿Qué es un proceso isobárico?
4.8 ¿Qué es un proceso isotérmico
4.9 ¿Qué es un proceso adiabático?
4.10¿Qué es un proceso isocórico?
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