TERMODINÁMICA

ΔU= W+Q

La expresión ΔU= W+Q constituye la fórmula matemática del primer principio de la termodinámica que dice:

"La energía total de un sistema aislado permanece constante, aunque dentro del sistema se pueden transformar unas clases de energía en otras". Se entiende por sistema aislado aquel sistema termodinámico que no puede intercambiar materia ni energía con el exterior. Un sistema termodinámico es el que se encarga del estudio de la energía y de la interacción o interrelación entre energía y trabajo.

Un sistema aislado es el universo (no conocemos más) ya que no intercambia ningún tipo de energía con su entorno, y la energía del universo permanece constante (W=Q=0)



El principio de la termodinámica se basa en la regla de signos de la IUPAC (unión internacional de química pura y aplicada).

TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS APLICANDO EL PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA:

En la primera imagen, la motobomba impulsa el agua (también la inyecta debido a las pérdidas), que pasan por unas tuberías en forma de serpentín. Al pasar por estas tuberías hay una llama que calienta el agua, que se convierte en vapor de agua. Los gases de combustión de la llama salen por la chimenea. Dicho vapor de agua hace mover una turbina cuyas aspas son cada vez más grandes para mantener el momento lineal. La turbina está unida solidariamente a un eje, que al girar produce energía mecánica. El agua pasa entonces al condensador, donde se licúa mediante agua fria que rodea a la tuberia que hace que se enfrie, y dicho agua sale caliente. El agua del circuito vuelve a la motobomba para ser impulsada de nuevo. Esta caldera es un circuito cerrado por lo que, teóricamente, la variación de U es cero.

La segunda imagen constituye el esquema teórico de los focos. Según el primer principio de la termodinámica y ateniendo nos a la regla de signos de la IUPAC:

Qh>0
Qc<0 w="0;" w="0;" qc="W;(Qh-Qc)/Qh=">

Según el ciclo ideal de Carnot:
rendimiento=W/Qh=(Qh-Qc)/Qh=(Th-Tc)/Th
Esto sólamente es teórico ya que en la realidad sería el rendimiento menor o igual que las temperaturas. Dichas temperaturas se expresan en grados kelvin (ºC+273).

Para que haya una transformación de calor a trabajo se necesita que haya un salto de temperatura, es decir, que haya un foco caliente y otro frio. Cuanta más diferencia haya, el rendimiento será mayor, aunque la temperatura en el foco caliente y en el foco frio tendrá sus limitaciones: la temperatura del foco caliente no la podré aumentar a mi antojo ya que dependerá del tipo de material que utilice, es decir, sus propiedades. Y la temperatura del foco frio no podrá ser menor que la temperatura ambiente.

CICLO CARNOT

El ciclo de Carnot es un ciclo ideal y reversible.
Para que se cumpla, se tiene que cumplir que:
rendimiento=(Qh-Qc)/Qh=W/Qh=1-(Qc-Qh)=1-(Tc-Th)