La Primera Ley de la Termodinámica - Clase 9 Termodinámica
Summary
TLDREn esta clase de termodinámica, el instructor Gabriel Fernando García Sánchez introduce la primera ley de la termodinámica, una ley fundamental para la universidad y la ingeniería. Se discuten conceptos clave como calor y trabajo, y se enuncia la ley, que establece que la energía no se crea ni se destruye, sino que solo se transforma. Se explica cómo la energía se transfere en procesos adiabáticos y se da un ejemplo de cómo la energía interna de un sistema cerrado cambia debido al calor y al trabajo. El script es una guía para entender los principios básicos de la termodinámica y su aplicación en la ingeniería.
Takeaways
- 😀 La primera ley de la termodinámica es un principio fundamental en ingeniería y es importante tanto para la universidad como para la aplicación profesional.
- 🔥 El calor es la energía que se transfiere entre dos sistemas debido a la diferencia de temperatura y se representa con la letra 'q'.
- 🌡️ La temperatura es la medida en la que se basa el flujo de calor entre dos sistemas, buscando alcanzar el equilibrio térmico.
- ⚙️ El trabajo es la transferencia de energía asociada con una fuerza que actúa a lo largo de una distancia y se representa con la letra 'w'.
- 🔄 La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma, lo que es un concepto central de la primera ley de la termodinámica.
- 🛠️ Los sistemas termodinámicos pueden ser cerrados, donde no puede entrar o salir masa, o abiertos, donde la masa puede variar.
- 🔧 El trabajo puede ser expresado en多种形式, incluyendo trabajo por unidad de masa y potencia, que es trabajo por unidad de tiempo.
- 📉 Un proceso adiabático es uno en el que no hay transferencia de calor, ya sea porque el sistema está bien aislado o porque está en equilibrio térmico con su entorno.
- 🚫 La energía puede entrar o salir del sistema en forma de calor, trabajo o flujo mágico (masa entrando o saliendo del sistema).
- 📚 La energía final menos la energía inicial es igual al calor que entra más el trabajo que entra menos el calor que sale y el trabajo que sale, lo que se puede representar como ΔU = Q - W.
Q & A
¿Qué es la primera ley de la termodinámica y cómo se relaciona con la energía?
-La primera ley de la termodinámica, también conocida como el principio de conservación de la energía, establece que la energía no se crea ni se destruye, sino que solo se transforma. Esto significa que en cualquier proceso, la suma de la energía en todo el sistema permanece constante.
¿Cómo se define el calor en el contexto de la termodinámica?
-El calor es la energía que se transfiere naturalmente entre dos sistemas debido a la diferencia de temperatura. Se representa con la letra 'q' y se mantiene hasta que se alcanza el equilibrio térmico, es decir, cuando ambos sistemas tienen la misma temperatura.
¿Cómo se mide y expresa el calor en términos de energía?
-El calor se expresa en unidades de energía, como kilo yuls (kJ) en el sistema internacional o btus (British Thermal Units) en el sistema británico. También se puede expresar por unidad de masa como 'q' minúscula, que es 'Q' mayúscula dividido por la masa (M).
¿Qué es un proceso adiabático y cómo se relaciona con la transferencia de calor?
-Un proceso adiabático es aquel en el que no hay transferencia de calor. Esto puede ocurrir si el sistema está bien aislado o si ya está a la misma temperatura que su entorno, lo que impide el flujo de energía térmica.
¿Cómo se define el trabajo en la termodinámica y cómo se relaciona con la energía?
-El trabajo en termodinámica es la transferencia de energía relacionada con una fuerza que actúa a lo largo de una distancia. Se expresa en unidades de energía y se relaciona con la energía al ser una forma en la que la energía puede cambiar de un sistema a otro o ser transformada dentro de un sistema.
¿Qué es un sistema termodinámico y cómo se clasifican?
-Un sistema termodinámico es la parte del universo que se elige para análisis, ya sea una cantidad de masa fija o una región en el espacio. Se clasifican como cerrados (no hay intercambio de masa con el entorno), abiertos (hay intercambio de masa) o aislados (no hay intercambio de energía ni masa con el entorno).
¿Cuál es la diferencia entre sistemas cerrados y sistemas abiertos en termodinámica?
-En los sistemas cerrados, la masa no puede entrar ni salir, ya que se ha elegido una cantidad de masa fija para el análisis. En cambio, en los sistemas abiertos, la masa puede fluir libremente en y fuera del sistema, ya que se trata de una región del espacio.
¿Cómo se relaciona el trabajo de frontera móvil con la expansión o compresión de gases?
-El trabajo de frontera móvil se refiere a la energía involucrada en la expansión o compresión de gases en un cilindro émbolo o similar. Se calcula como la integral de la presión por el diferencial de volumen, lo que representa el área bajo la curva de presión versus volumen en una gráfica.
¿Cómo se calcula el trabajo eléctrico y cómo se relaciona con la energía?
-El trabajo eléctrico se calcula como la diferencia de potencial (voltaje) multiplicado por la corriente y el tiempo. Se relaciona con la energía ya que el trabajo es una forma de transferencia de energía en sistemas eléctricos.
¿Cómo se aplica la primera ley de la termodinámica a un sistema cerrado?
-En un sistema cerrado, la primera ley de la termodinámica se aplica de tal manera que la energía final menos la energía inicial es igual al calor neto entrante (calor entrante menos calor saliente) menos el trabajo neto saliente (trabajo saliente menos trabajo entrante). Esto se conoce como el cambio en la energía interna del sistema (ΔU).
¿Cómo se determina la energía interna final de un sistema cerrado que pierde calor y tiene trabajo realizado sobre él?
-Para determinar la energía interna final, se utiliza la ecuación ΔU = Q - W, donde ΔU es el cambio en la energía interna, Q es el calor que entra en el sistema (negativo si sale) y W es el trabajo realizado sobre el sistema (negativo si el sistema realiza trabajo). Suministrando estos valores, se puede calcular la energía interna final.
Outlines
🔥 Introducción a la Primera Ley de la Termodinámica
El primer párrafo presenta la nueva clase de termodinámica, enfocándose en la Primera Ley como un concepto fundamental para la universidad y aplicaciones profesionales en ingeniería. Se mencionan los temas clave como calor y trabajo, y se describe cómo se aplicará la ley en sistemas cerrados. Se da un ejemplo práctico del intercambio de calor entre dos sistemas con diferentes temperaturas, y se explica cómo el calor se mide en kilo yuls o btus. Además, se introduce la idea de sistemas termodinámicos como cerrados o abiertos, dependiendo de si la masa puede o no cruzar sus fronteras.
🔧 Sistemas Cerrados y Abiertos en Termodinámica
Este párrafo profundiza en los conceptos de sistemas cerrados y abiertos. En un sistema cerrado, la masa es fija y no puede entrar ni salir, mientras que en un sistema abierto, la masa puede variar. Se ilustra con ejemplos como una botella que permite el ingreso y egreso de agua. También se define el trabajo como la transferencia de energía asociada con una fuerza que actúa a lo largo de una distancia, y se mencionan las unidades de medida para el trabajo, como kilo yules y btús, así como su expresión en términos de potencia.
🔄 Trabajo y Energía en Sistemas Cilíndricos y de Resorte
El tercer párrafo explora el trabajo en sistemas cilíndricos y de resorte. Se analiza el trabajo realizado al estirar o comprimir un resorte, siguiendo la ley de Hooke, y se calcula mediante la integral de la fuerza por la distancia de desplazamiento. También se discute el trabajo de frontera móvil, relacionado con la expansión o compresión de gases, y se ilustra cómo el trabajo se calcula como la integral de la presión por el diferencial de volumen. Se mencionan ejemplos de recipientes rígidos y sistemas cilindro-émbolo para demostrar casos en los que el trabajo es cero o se expresa como el área bajo una curva de presión-volumen.
⚡ Trabajo Eléctrico y Primera Ley de la Termodinámica
Este párrafo introduce el trabajo eléctrico, que es crucial para ingenieros eléctricos y electrónicos, y se relaciona con el trabajo realizado por electrones movidos por fuerzas electromotrices. Se describe cómo se puede expresar en términos de potencia, diferencial de potencial y corriente. Luego, se enuncia la Primera Ley de la Termodinámica, que establece que la energía no se crea ni se destruye, sino que solo se transforma, y se ejemplifica con casos como la caída de una roca y los choques en válvulas que transforman energía de presión en energía cinética.
📉 Energía en Sistemas y Ejemplo de Aplicación
El quinto párrafo se centra en cómo la energía puede entrar o salir de un sistema en forma de calor, trabajo o flujo mágico (masa entrando o saliendo del sistema). Se explica que la energía final menos la energía inicial es igual al calor que entra, el trabajo que entra, menos el calor que sale y el trabajo que sale. Se utiliza el ejemplo de comprar un combo en un descanso para ilustrar este concepto. Se resalta que en sistemas cerrados, la energía neta es igual al calor neto de entrada menos el trabajo neto de salida, y se define el cambio en la energía interna del sistema.
🌡 Ejemplo de Aplicación de la Primera Ley en un Sistema Cerrado
El sexto y último párrafo presenta un ejemplo práctico de cómo aplicar la Primera Ley de la Termodinámica en un sistema cerrado. Se describe un escenario en el que un fluido caliente en un recipiente rígido pierde calor y energía debido al trabajo realizado por un ventilador. Se calcula la energía interna final del sistema usando la ecuación Delta U = Q - W, donde Q es el calor que sale del sistema y W es el trabajo negativo debido a la acción del ventilador. El ejemplo demuestra cómo la energía interna del sistema cambia a lo largo del proceso.
Mindmap
Keywords
💡Primera Ley de la Termodinámica
💡Calor
💡Trabajo
💡Sistemas Cerrados
💡Adiabático
💡Energía Interna
💡Flujo Mágico
💡Potencia
💡Trabajo de Frontera Móvil
💡Trabajo Eléctrico
Highlights
Introducción a la primera ley de la termodinámica y su importancia en la universidad y aplicaciones profesionales.
Explicación de los conceptos fundamentales de calor y trabajo en termodinámica.
Calor como energía transferida debido a diferencias de temperatura.
Ejemplo práctico del flujo de calor en un café caliente.
Unidad de medida del calor: kilo yuls y btu.
Diferenciación entre calor por unidad de masa y tasa de transferencia de calor.
Definición de procesos adiabáticos y condiciones para su ocurrencia.
Concepto de sistemas termodinámicos y sus tipos: cerrados y abiertos.
Trabajo como transferencia de energía relacionada con una fuerza y desplazamiento.
Unidades de medida para el trabajo: kilo Jules y btú.
Ejemplos de trabajo mecánico y su representación matemática.
Trabajo de frontera móvil y su integral en sistemas de gases.
Trabajo eléctrico y su relación con la diferencia de potencial y la corriente.
Enunciado de la primera ley de la termodinámica: la energía no se crea ni se destruye, solamente se transforma.
Aplicación de la primera ley en ingeniería, ejemplo de choques en válvulas.
Métodos para calcular la energía en un sistema: calor, trabajo y flujo mágico.
Ecuación básica de la energía en sistemas cerrados.
Significado de los signos positivos y negativos en la energía y el trabajo.
Ejemplo de cálculo de energía interna en un sistema cerrado con calor y trabajo.
Conclusión y resumen de la clase con invitación a suscribirse para más contenido.
Transcripts
[Música]
Hola Qué tal amigos Bienvenidos a esta
nueva clase de termodinámica en esta
ocasión vamos a hablar de la primera ley
de la termodinámica como podemos
observarlo en la diapositiva que es un
principio fundamental que nos ayudará
mucho tanto en la universidad como en la
aplicación profesional de nuestra
ingeniería el contenido de esta
presentación es el que podemos observar
iniciaremos hablando de dos cuestiones
muy importantes que son calor y trabajo
son esenciales en esta parte
continuaremos enunciando la primera ley
de la termodinámica observando la
aplicación de esta ley en sistemas
cerrados y finalizaremos con un ejemplo
que nos ayudará a afianzar lo que ya
vimos en los otros
ítems de la presentación
entonces entrando en materia cuando
hablamos de calor estamos hablando de
esa energía que se transfiere
naturalmente entre dos sistemas debido a
la diferencia de temperatura es decir si
yo tengo un sistema caliente y un
sistema frío un cuerpo caliente y un
cuerpo frío habrá naturalmente un flujo
de energía del primero al segundo hasta
que se alcance el equilibrio térmico es
decir hasta que los dos lleguen a la
misma temperatura por ejemplo
consideremos la tasa de chocolate o el
café que consumimos en el desayuno así
calientita cuando esta fue servida tenía
una temperatura superior a la del medio
ambiente entonces empezó el flujo de
calor empezó un flujo de energía que
llamamos calor y que representamos con
la letra q
después
el que fue fluyendo este calor la
temperatura de esta bebida fue
disminuyendo disminuyendo hasta que
alcanzó la misma temperatura los
alrededores en este punto
el calor eso ese flujo de energía es eso
y por lo tanto podemos decir el calor se
mantendrá hasta que se alcance el
equilibrio térmico o hasta que el
sistema esté en la misma a la misma
temperatura de los alrededores a la
misma temperatura del sistema frío
como estamos hablando de energía podemos
expresar el calor en unidades de energía
las más utilizadas serán por lo tanto
kilo yuls en el sistema internacional o
btu en el sistema británico recordemos
que un kilo es un kilo Newton por metro
o mil kilogramos por metro cuadrado
sobre segundo cuadrado y un btu son
778.3 libras por pie en ocasiones es
útil expresar el calor por unidad de
masa en cuyo caso lo expresamos como
Q minúscula que será q mayúscula sobre M
es decir calor sobre masa que expresamos
en el sistema internacional en unidades
de kilo sobre kilo gramo también en
ocasiones es útil expresarlo como la
tasa de transferencia de calor es decir
el calor por unidad de tiempo en ese
caso lo expresaremos como q mayúscula
con un puntico Arriba ese puntico arriba
nos indica que estamos hablando de calor
por unidad de tiempo
Y si esta transferencia de calor es
constante
será igual a el calor
sobre el Delta de té como podemos ver si
despejamos la última ecuación que vemos
en la diapositiva
si durante un proceso no hay
transferencia de calor estamos hablando
de un proceso adiabático Ese es el
nombre que le damos un proceso puede ser
de esta manera si el sistema está bien
aislado o si ya se encuentra la misma
temperatura de los alrededores aquí
estamos hablando de
sistemas vamos a hacer un paréntesis y
vamos a recordar Qué es eso a lo que
estamos llamando sistemas en
termodinámica Pues bien un sistema
termodinámico recordando un poco el
inicio de esta materia es eso que
nosotros elegimos para analizar o esa
parte del universo que aislamos para
nuestro análisis nosotros podemos aislar
ya sea una cantidad de masa fija o una
región en el espacio por ejemplo podemos
elegir para analizar lo que sea podemos
elegir una cantidad de agua podemos
elegir una papa o una panela
una cantidad de arena podemos decir que
ese es nuestro sistema en cuyo caso será
una cantidad de masa fija o podemos
elegir una región en el espacio por
ejemplo el interior el espacio interno
de una botella o también puede ser el
salón donde estamos nuestro cuarto ese
puede ser nuestro sistema en cuyo caso
las fronteras Serán las paredes
y allí podrá entrar o salir gente y
demás en el primer caso cuando elegimos
una cantidad de masa fija estamos
hablando de sistemas cerrados o masa de
control y en el segundo caso estaremos
hablando de sistemas abiertos o volumen
de control
cuando estamos hablando de sistemas
cerrados
la masa no puede entrar o salir del
sistema no puede cruzar las fronteras
del sistema porque precisamente hemos
elegido una cantidad de masa fija
entonces No podemos quitarle masa o
añadirle masa porque es esa cantidad de
masa que hemos elegido y no más y cuando
hablamos de sistemas abiertos ya que
estos son una región en el espacio un
espacio que hemos elegido para analizar
ahí si puede entrar o salir masa del
sistema Por ejemplo si nuestro sistema
es una botella podemos añadirle agua
podemos sacarle agua entonces aumentará
o disminuirá la masa del sistema bueno
habiendo dicho esto entonces retornemos
a nuestro tema decimos que un proceso es
adiabático Es decir que no tiene
transferencia el calor si el sistema
está bien aislado eso que hemos elegido
para analizar está bien aislado lo cual
ocurre si le ponemos una especie de
abrigo como cuando nosotros utilizamos
una chaqueta para el frío
hay bloqueamos la salida de esa energía
bloqueamos la salida de calor y por lo
tanto la temperatura de nuestro cuerpo
no disminuye eso mismo ocurre con el
sistema si le ponemos un buen
aislamiento de manera que no deje pasar
nada y calor tenemos un sistema bien
aislado y Por ende un proceso adiabático
si el sistema está la misma temperatura
los alrededores es decir ya alcanzó el
equilibrio térmico ahí también tendremos
un proceso sin transferencia a calor por
ejemplo si nuestro sistema es una papa
como vemos en la diapositiva las
fronteras eran la cáscara pero si esta
papa está la misma temperatura los
alrededores no habrá flujo de calor
porque el calor como lo mencionamos
ocurre entre un cuerpo caliente un
sistema caliente y uno frío si están a
la misma temperatura Entonces no habrá
transferencia de calor
cuando hablamos de trabajo estamos
hablando de esa transferencia de energía
relacionada con una fuerza que actúa a
lo largo de una distancia
aquí recordemos el típico ejemplo de ese
señor que levante una caja y se mueve
horizontalmente con ella
el calor el trabajo Perdón ocurre
cuando la fuerza se realiza en la misma
dirección
del desplazamiento Entonces cuando este
señor levanta esa caja debido a que el
peso es una fuerza vertical
y él Está realizando un movimiento
vertical si se Está realizando trabajo
pero cuando ya la tiene levantada y
empieza a caminar de manera horizontal
en dirección horizontal ya no estamos
hablando de trabajo al realizar la
fuerza para levantar
esa caja o para mantenerla levantada
porque el peso de la caja es vertical y
el se está moviendo en dirección
horizontal la fuerza y la distancia no
están en la misma dirección por lo tanto
en este caso no habrá trabajo
lo mismo o un análisis similar podemos
hacer cuando estamos hablando de un
sistema cilindro émbolo estos sistemas
son como los pistones del motor de un
carro son un cilindro con una especie de
tapa o otro cilindro que hace sello con
unas paredes interiores del primero y
que es un cilindro sólido de modo que
entre los dos se puede
mantener algún fluido se puede contener
algún fluido
si hay un trabajo si hay una fuerza que
mueve ese émbolo hacia arriba o hacia
abajo
ahí También estamos hablando de trabajo
porque tenemos un desplazamiento
horizontal debido a una fuerza
horizontal
Aquí también estamos hablando de energía
y por lo tanto también utilizamos
unidades de energía kilo Jules en el
sistema internacional btú en el sistema
británico las más utilizadas al igual
que con el calor es útil expresar el
trabajo por unidad de masa en cuyo caso
lo expresaremos como w minúscula w
mayúscula que es el trabajo sobre la
masa
en unidades de kiluyú sobre kilogramo en
el sistema internacional una manera muy
común de expresar el trabajo es como
potencia que recordemos es trabajo por
unidad de tiempo y lo simbolizaremos
como W con un puntito arriba el puntito
arriba significa por unidad de tiempo
Hay muchas formas de trabajo como
ejemplo de unas muy utilizadas pueden
mencionar las formas mecánicas de
trabajo que son las que tienen que ver
con una fuerza que desplaza una
partícula a lo largo de una distancia y
que se expresa por medio de la ecuación
que estamos observando en la diapositiva
la integral de F que es la fuerza por la
diferencial del desplazamiento ejemplo
de estas formas son
el trabajo y resorte que es el trabajo
que se realiza
al sacar a este resorte de su posición
de equilibrio
recordemos que cuando estiramos o
comprimimos un resorte él va a ejercer
una fuerza intentando volver a su
posición original su posición de
equilibrio
Y si este resorte es
lineal por medio de la ley de Hook esa
fuerza será Igual acá una constante por
x que es la distancia que se desplazó
ese resorte desde su posición de
equilibrio si realizamos la integral de
esta ecuación
por medio de la ecuación que vemos en el
cuadro azul vemos que el trabajo de
resorte en un resorte lineal será igual
a un medio de K de la constante por
la posición final al cuadrado menos la
posición inicial al cuadrado de la punta
de ese resorte lo cual tiene unidades de
kilo y al estar hablando de energía
otro ejemplo de esto es el trabajo de
frontera móvil Ese es el trabajo que
tiene que ver con la expansión o
compresión de gases en un dilema en un
sistema cilindro émbolo
cuando se expande no se comprimen estos
gases va a haber un desplazamiento
y va a haber una fuerza que es la que
está ocasionando esa expansión o
compresión Entonces el del diferencial
de ese trabajo es igual la fuerza por el
diferencial de distancia de acuerdo a la
primera ecuación de la diapositiva
como esa fuerza se expresa en ese gas
como presión o por medio de la presión y
Nosotros sabemos que la presión es
fuerza sobre área esa fuerza será
presión por área ese diferencial de
trabajo será igual a presión por área
por el diferencial de desplazamiento y
recordemos que el volumen de un cilindro
es el área
horizontal el área transversal es decir
el área circular de esa sección
transversal por
la longitud entonces
área por diferencial desplazamiento será
igual a diferencial de volumen porque
tenemos el área por lo que se desplazó y
por lo tanto podemos concluir que cuando
estamos hablando de trabajo de frontera
Móvil El trabajo es igual a la integral
de la presión por el diferencial de
volumen
si llevamos esto a una gráfica presión
contra volumen podemos observar que el
trabajo de frontera móvil es igual al
área bajo la curva
de la presión contra el volumen
hagamos un ejemplo de esto para tener un
poco más claro si tenemos un recipiente
rígido con volumen constante podemos
decir también sistema cilindro ángulo
donde el émbolo no se mueve que contiene
una sustancia que sufre una variación de
presión
entonces observamos nuestra ecuación el
trabajo igual a la integral de la
presión por el diferencial de volumen
lo que podemos también graficar como lo
vemos en la diapositiva ahora será una
línea recta y fácilmente observamos que
se diferencial de volumen va a ser cero
porque tenemos un volumen constante por
lo tanto
el trabajo realizado en este proceso
será cero lo cual también podemos
observar al ver la Gráfica porque el
área bajo la curva presión contra
volumen es 0
otro ejemplo sería un gas contenido en
un sistema cilindro émbolo que aumenta
su volumen a una presión constante
en este caso cuando realizamos la
Gráfica vamos a tener que el área bajo
la curva es un rectángulo
y realizando la integral
vemos que el trabajo será igual a
presión por volumen final menos volumen
inicial
que también es la ecuación que nos
expresa el área bajo la curva de presión
contra volumen Entonces en este caso
vemos que el trabajo se puede expresar
como el área bajo la curva presión
contra volumen que en este caso es muy
sencilla simplemente será la presión por
el cambio de volumen que sufrió este
sistema en este proceso
otro tipo de trabajo también muy
utilizado muy útil para nosotros en la
ingeniería así no seamos ingenieros
electricistas o electrónicos es el
trabajo eléctrico muy utilizado por
todos los ingenieros que tiene que ver
con el trabajo que realizan los
electrones al cruzar las fronteras del
sistema porque ellos son movidos por
fuerzas
electromotrices entonces hay una fuerza
a lo largo de una distancia como
seguramente lo veremos en nuestros
cursos de Electricidad Esto será igual
al expresarla en términos de potencia
como la diferencia potencial el voltaje
por la corriente
si tenemos que esa diferencia de voltaje
y la corriente son constantes en una en
un intervalo de tiempo podemos expresar
el trabajo eléctrico como la diferencia
de potencial por la corriente Por ese
cambio tiempo ese Delta de tiempo
bien Ahora vamos a pasar ya a iniciar la
primera de la termodinámica ya que hemos
visto esos estas dos cuestiones muy
importantes que eran calor y trabajo la
primera ley de la termodinámica se puede
enunciar de muchas maneras diferentes
una de las más populares es la que
observamos en la diapositiva y que nos
dice la energía No se crea ni se
destruye solo se transforma seguramente
lo hemos visto inclusive en comerciales
en la televisión
es un enunciado muy popular y que lo que
nos dice es que no podemos
crear energía no podemos inventar
energía ni podemos destruirla solo
podemos pasarla de un tipo a otro
Por ejemplo si tenemos una roca que
dejamos caer de un acantilado o de la
parte más alta de un barranco La
soltamos desde el reposo y la dejamos
caer inicialmente debido a esa altura
Tenemos una gran energía potencial o Esa
roca tendrá una gran energía potencial y
como está en reposo no tendrá nada de
velocidad a medida que ella va cayendo
va disminuyendo su altura y por lo tanto
va disminuyendo su energía potencial
pero aumentando su energía cinética que
es la que tiene que ver con la velocidad
porque esta velocidad va aumentando
hasta que llega a la parte inferior
hasta que llega al piso donde ya no
tendrán nada de energía potencial y
tendrá la máxima energía cinética es
decir en este caso Tuvimos una
transformación de un tipo de energía a
otro tipo de energía de energía
potencial a energía cinética no se creó
no se destruyó energía solamente hubo un
cambio de un tipo de energía a otro tipo
de energía lo cual ocurre en todos los
procesos de la naturaleza y es lo que
nos dice la primera ley de la
termodinámica
un ejemplo más
aplicado a la ingeniería o más común en
la ingeniería sería lo que pasa con los
choques
Bueno vamos los choques son válvulas las
válvulas son como esas llaves que
utilizamos en nuestro lavamanos que nos
permite
bloquear o permitir el paso de un fluido
en ese caso agua esas válvulas son muy
utilizadas en la industria hay muchos
tipos muchos tamaños pero básicamente
tienen la misma función restringir El
paso del agua o permitir el paso de
bueno el agua o de cualquier fluido
recordemos que cuando hablamos de fluido
no solamente hablamos de líquidos la
palabra fluido hace referencia tanto a
líquidos como a gases que es un error
que muchas veces se cometen la industria
que se le llama fluido solamente los
líquidos pero no pueden ser líquidos o
gases bueno en cualquier caso
los choques son un tipo de válvulas que
se usan mucho en la industria petrolera
las labores de vuelta sí que tienen la
función de restringir El paso del fluido
que viene de un pozo petrolero ese
fluido que es una mezcla de gas de crudo
de agua
llega a esas válvulas a esos choques Y
entonces se encuentra una restricción no
puede pasar entonces se pegan Y luego
logran pasar con un aumento de velocidad
y con una disminución de presión debido
a esa restricción que ocurre en esos
choques hay un aumento de velocidad de
fluido y una disminución de la presión
es decir hay un cambio de energía de
flujo o energía de presión Como algunos
lo llaman a energía cinética No se crea
ni se destruye la energía solo hay una
transformación de ella y eso es lo que
nos dice la primera ley de la
termodinámica
Entonces si tenemos un sistema que
experimenta un proceso donde entra o
sale energía nosotros vemos que la
energía que vamos a tener al final va a
ser la energía inicial más la energía
que entran menos la energía que sale
esto es como cuando nosotros vamos a
comprar el combo la empanada con avena
en nuestro descanso si nosotros tenemos
5000 pesos
y gastamos dos mil pesos en la empanada
con avena nos van a quedar $3000
lo que tenemos al final será lo que
teníamos inicialmente los 5.000 pesos
no entró nada entonces más lo que entró
que fue cero pesos menos lo que salió
dos mil pesos entonces finalmente
tendremos tres mil pesos lo mismo ocurre
con la energía no se crean y se destruye
nada simplemente lo que tenemos al final
es lo inicial más lo que entró menos lo
que salió
aquí algo muy importante que vale la
pena mencionar Es que la energía puede
entrar o salir del sistema de tres
maneras diferentes en forma de calor de
trabajo o de flujo mágico por eso era
importante mencionar estas magnitudes
Al iniciar la presentación cuando el
calor se va hacia el sistema cuando hay
ese flujo desde un sistema exterior
desde los alrededores o desde otro
cuerpo hacia el sistema que estamos
analizando
aumenta la energía al sistema porque esa
energía que está fluyendo hacia el
sistema cuando sale disminuye la energía
al sistema cuando el trabajo es hecho
por el sistema disminuye su energía
porque le está perdiendo energía
haciendo ese trabajo y cuando se echó
sobre el sistema aumenta la energía al
sistema por su parte el flujo mágico
cuando entra masa al sistema aumenta la
energía del sistema porque la masa lleva
energía consigo Entonces el flujo mágico
hace que aumente la energía del sistema
cuando entra el sistema y
disminuye y hace que se disminuye la
energía del sistema cuando sale
del sistema lógicamente eso será en
sistemas abiertos que son los que en los
cuales puede entrar o salir más
del sistema
Entonces
ya sabiendo eso podemos decir que la
energía final menos la energía inicial
será igual a la energía que entran en
una energía que sale es decir la energía
final menos la energía inicial será
igual al calor que entra el trabajo que
entra más la energía de la masa que
entra menos el calor que sale el trabajo
que sale y la energía de la masa que
sale
vamos a llamar a ese término energía
final menos energía inicial deltade y
este va a ser igual al Delta de la
energía interna que recordemos es esa
energía
debida la al movimiento molecular de las
partículas que conforman el sistema
Entonces será el cambio de energía será
igual al cambio de esa energía interna
que tiene el sistema más el cambio la
energía cinética más el cambio de la
energía potencial serán lo que conforma
el cambio entre energía inicial y la
energía final en la gran mayoría de los
casos que vemos en ingeniería de las
aplicaciones de los problemas con los
que nos vamos a enfrentar
no tendremos cambios significativos de
velocidad o de altura es decir cambios
significativos en la energía cinética y
potencial por lo tanto ese Delta energía
ese cambio energía final menos energía
inicial será igual al Delta de energía
interna energía interna final menos
energía interna inicial ahora teniendo
eso en mente
vamos a ver qué pasa en un sistema
cerrado en un sistema cerrado como ya lo
mencionamos no puede entrar o salir más
al sistema porque hemos elegido para
analizar una cantidad de masa fija
entonces en la ecuación anterior El
delta de energía energía final menos
energía inicial será igual al calor que
entra más el trabajo que entra menos el
calor que sale menos el trabajo que sale
porque no va a haber energía que entre
salga del sistema por medio de masa de
flujo máximo
podemos agrupar el calor y el trabajo de
esta manera
el energía final menos energía inicial o
Delta de será igual a calor que entra
menos calor que sale menos trabajo que
sale menos trabajo que entra
como ya lo mencionamos el deltade lo
podemos expresar la mayoría de los casos
como Delta de u Delta energía interna
Entonces
tendremos que El delta energía interna
en energía interna final menos energía
interna inicial será igual al calor neto
de entrada que es como vamos a llamar a
ese término calor de entra menos y
salida menos el trabajo neto de salida
que es como vamos a llamar a ese término
dentro del paréntesis que es trabajo que
sale menos trabajo que entra
Generalmente por simplicidad simplemente
vamos a escribir de esta manera
Delta de
energía interna final menos energía
interna inicial será igual a calor menos
trabajo donde eso es muy importante el
calor será positivo si entra el sistema
y será negativo si sale al sistema y el
trabajo será positivo
si es hecho por el sistema y será
negativo si es hecho hacia el sistema
esto debido a los signos que utilizamos
al resolver esta ecuación esta ecuación
en el cuadrito rojo es la que nos
permitirá resolver problemas realizar
análisis de primera ley de la
termodinámica en sistemas cerrados
para finalizar vamos a ver un ejemplo de
esto si tenemos un recipiente rígido que
contiene un fluido caliente que se
enfría mientras es agitado por un
ventilador eso también podría ser un
cuarto que tiene un ventilador cuarto
sellado
y al inicio la energía interna de ese
fluido es 800 kilos Jules pero durante
el proceso de enfriamiento pierde 500
kilos de calor es decir está saliendo
calor del sistema y tiene un valor de
500 kilos está saliendo energía sistema
en forma de calor por su parte la rueda
o ese ventilador realiza
100 kilos de trabajo sobre el fluido nos
piden determinar energía interna final
de nuestro sistema bien entonces aquí
tendremos
un una energía interna inicial de
nuestro sistema ese fluido que está en
ese recipiente rígido de 800 kilos Jules
Un calor de 500 kilos negativo porque va
saliendo del sistema y como dijimos si
el calor sale le vamos a poner signo
negativo y un trabajo también negativo
porque es hecho hacia el sistema de 100
kilos
tenemos Nuestra canción Delta de u que
es energía interna final menos energía
interna inicial es igual a q menos W
calor menos trabajo
lo reemplazamos energía interna final
menos 800 será igual a menos 500 menos
menos 100 de acuerdo a la convención de
signos que habíamos mencionado
si resolvemos esto vamos a tener una
energía interna final de 400 kilos es un
ejemplo bastante sencillo solo por
afianzar un poco lo que hemos visto La
idea es que en una nueva clase vamos a
ver algunos ejemplos un poco más
complejos que nos permitan afianzar más
estos conocimientos también en una
próxima clase hablaremos de la primera
ley de la termodinámica ya en sistemas
abiertos cuando elegimos una región en
el espacio para analizar
esto por esta clase estas fueron las
referencias que utilicé para esta
exposición Muchísimas gracias por su
atención Espero que les sirva mucho
Espero que les haya gustado que sea muy
útil para sus estudios y para su
aplicación en la ingeniería Mi nombre es
Gabriel Fernando García Sánchez si les
gustó por favor denle like por favor
suscríbanse para traer nuevos vídeos y
así continuar aprendiendo juntos sobre
la termodinámica y sobre otros temas muy
importantes hasta luego
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