BIOFISICA : TERMODINAMICA 2

Primera ley de la Termodinámica

Sistema (S): Porción del universo en estudioEntorno (E): La parte del universo que rodea al sistemaFrontera (F): Superficie o línea imaginaria que define la extensión del sistema.

La Termodinámica defineUniverso = Sistema + Entorno*

SE

F

* también ambiente

1. Conservación de la Energía.

El hombre siempre a dependido de suministros energéticos. Entre estos se encuentran los alimentos que nos proporcionan nutrientes y energía, la quema de combustible fósil para uso domiciliario, industrial, del transporte. De ahí que es tan importante la energía.

Sistemas termodinámicos.

Sistema: Objeto en estudio ,el cual esta rodeado de un entorno y el medioambiente..

Sistema Abierto: Puede intercambiar masa y energía por lo general en forma de calor con sus alrededores.

Sistema Cerrado: El cual permite la transferencia de energía (calor) pero no de masa.

Sistema Aislado: No permite el intercambio de energía ni de masa.Universo : Sistema + entorno

Formas de interacción de un sistema con su entorno:

•Sistemas cerrados; límites impermeables al flujo de materia. •Sistemas abiertos; paredes permeables o semipermeables al flujo de materia. •Sistemas aislados; no permiten ningún tipo de intercambio energético (sistemas delimitados por paredes aislantes).

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Ejemplos de sistemas:

Una hormiga: Es un sistema abierto, pues Intercambia energía y materia con lo que la rodea.

Una casa con un patio: Sistema abierto.

Una botella de bebida tapada: Sistema cerrado que mientras la botella este tapada solo puede intercambiar calor con el entorno.

La Tierra: Sistema abierto.

Tipos de interacciones entre sistemas:

• •Interacción térmica, cuando hay intercambio de calor

• •Interacción mecánica, intercambio energético por efectos mecánicos (trabajo)

• •Interacción másica, intercambio de materia

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Clasificaciones de sistemas dependiendo de su composición:

• •Mono componentes o macrocomponentes, según se compongan de una o varias sustancias

• •Homogéneos, sus propiedades físicas y químicas no varían de una parte a otra del sistema (mezcla de líquidos miscibles)

• •Heterogéneos, cambios en las propiedades físicas o químicas (mezcla de hielo y agua)

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Clasificaciones variables termodinámicas -Estados de equilibrio

•Extensivas: dependen de la cantidad de materia (masa, volumen, superficie, energía, entropía...). Si dividimos el sistema cambian sus valores. •Intensivas: no dependen de la cantidad de materia, no varían al dividir el sistema (presión, temperatura, densidad de masa, tensión superficial...). Pueden definirse en un punto.

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• Estado estacionario: cuando todos los parámetros son independientes del tiempo.

• Estado de equilibrio termodinámico: estado estacionario en el

que los parámetros intensivos independientes no varían al pasar de un punto a otro del sistema. La Termodinámica clásica se refiere exclusivamente a sistemas en equilibrio termodinámico y cambios entre estados en equilibrio. Al cabo del tiempo todo sistema tiende a un estado de equilibrio.

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Trabajo

TrabajoTrabajo

• Propiedad termodinámica. Se realiza trabajo cuando un cuerpo se Propiedad termodinámica. Se realiza trabajo cuando un cuerpo se mueve contra una fuerza opuesta, como cuando un gas se expande, mueve contra una fuerza opuesta, como cuando un gas se expande, empuja un émbolo y levanta un peso (trabajo de expansión).empuja un émbolo y levanta un peso (trabajo de expansión).

Trabajo

El producto de una fuerza por un desplazamiento.

Manifestación de energía

Forma de energía que atraviesa los límites de un sistema

Energía en tránsito

Trabajo

• El trabajo no le pertenece al sistema

• Es una función de trayectoria

• Su diferencial es inexacta

Calor

• Forma de energía que se transfiere desde un cuerpo de alta temperatura a uno de baja temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante.

• El calor es una manifestación de energía. • El calor es una forma de energía.

• El calor es energía en tránsito

• El calor no le pertenece a sistema

• Es una función de trayectoria

• Se representa como Q (diferencial inexacta)

• El calor se identifica en las fronteras del sistema

LEY DE LA CONSERVACION DE LA ENERGIA

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICAPRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

La energía no se crea ni se destruye,La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma y se conserva (1840)solo se transforma y se conserva (1840)

La primera ley de la termodinámica

La primera ley de la termodinámica establece que el cambio en la energía interna de un sistema es igual al trabajo realizado por el sistema sobre sus alrededores, con signo negativo, más el calor hacia el sistema

Esta ley es la ley de la conservación de la energía para la termodinámica.

La energía es: (a) macroscópicamente, la capacidad de hacertrabajo o de transformarse en calor, incluído el calor mismo, y

(b) microscópicamente, una medida del movimiento molecular.La termodinámica, desarrollada para ser macroscópica, se

enriquece con la consideración del nivel molecular.

U

Calor (Q) Trabajo (W)

La sumatoria de las energías del sistema(prácticamente inmedible en términos absolutos)

Energía Interna del Sistema (U)

Energía interna

La energía interna es toda la energía que pertenece a un sistema mientras está estacionario (es decir, no se traslada ni rota), incluida la energía nuclear, la energía química y la energía de deformación (como un resorte comprimido o estirado), así como energía térmica.

Energías Internas de SistemasEnergías Internas de Sistemas

Energías macroscópicasEnergías macroscópicas

1.1. Energía mecánica gravitacional: Energía mecánica gravitacional: Una persona subiendo 100 m (mhg): 65 kg a 100 m = 63.8 kJ

2. Energía mecánica cinética: 2. Energía mecánica cinética: Una persona corriendo (0.5 mv2): 65 kg a (18 m/seg) = 10.5 kJ

3.3. Trabajo de expansión de un gas (un cilindro de Trabajo de expansión de un gas (un cilindro de automóvil)automóvil)de 0.05 L a 0.40 L a 1 atm: 0.35 x 1 x 0.082 x 393 = 11.3 Ja 4000 rpm, 4 cilindros = 181 kJ/min

U