TERMODINÀMICA I TRANSFERÈNCIA DE CALOR
PRÀCTICA 4: PROCESSOS I CICLES TERMODINÀMICS
V3
32
PROCESSOS I CICLES
TERMODINÀMICS
Introducció
La primera llei de la termodinàmica per a sistemes tancats és una expressió de la llei de
conservació de l’energia:
∆
𝑼
#=#
𝑸
#−#
𝑾
[Eq. 4-1]
• ∆
𝑼
#representa el canvi net en l'energia interna del gas.
•
𝑸
representa la calor afegida neta (> 0) o eliminada (< 0) d'un gas confinat.
•
𝑾
és el treball mecànic realitzat per un gas confinat (> 0) o exercit sobre un gas
confinat (< 0).
Per a un gas, el canvi en la seva energia interna, ∆
𝑼
, mesurat en Joules, és directament
proporcional a la variació de la seva temperatura mesurada en Kelvins:
∆
𝑼
#=#
𝒎
#·#
𝒄𝒗
"·#∆
𝑻
[Eq. 4-2]
•
𝒎
#és la massa del gas confinat (kg)
•
𝒄𝒗
és la calor especifica a volum constant del gas confinat (J/kg·K).
Això vol dir que ∆
𝑼
només reflecteix un canvi en l'energia cinètica (translacional, rotacional o
vibracional) de les molècules de gas. Recordeu que l'energia potencial no pot canviar, excepte
quan hi ha un canvi de fase: de líquid a sòlid, de líquid a vapor o viceversa.
L’enunciat de la 1a llei de la termodinàmica proposat a l’Eq. [4-1] posa èmfasi en l'energia
interna del gas. L’Eq. [4-1] estableix que l'energia interna d'un gas es pot incrementar de dos
maneres: mitjançant l'addició de calor o pel treball mecànic realitzat per un agent extern sobre
el sistema. Durant una compressió (excepte per processos isotèrmics), la temperatura d’un
gas augmenta al temps que el volum del gas es redueix, el que representa un augment
subseqüent de l'energia interna del sistema. Per tant, el treball realitzat sobre un sistema per
un agent extern, com pot ser un pistó que pressiona cap avall fent que el volum del gas
disminueix, és negatiu. Al revés, si el gas s'expandeix el pistó, el treball és positiu ja que
l'energia interna del gas disminueix a mesura que la temperatura disminueix i el volum
augmenta.
