ENERGÍA INTERNA

ENERGÍA INTERNA.
Es la energía debida al movimiento de las moléculas con respecto al centro de masa del sistema, al movimiento de rotación y de vibración a las interacciones electromagnéticas de las moléculas y al movimiento he interacciones de los constituyentes atómicos y subatómicos de las moléculas.
Supongamos que el sistema de un proceso es cerrado lo que significa que no hay transferenciade masa a través de sus fronteras mientras se efectúa el proceso. La energía puede transferirse entre un sistema de este tipo y sus alrededores en dos formas.
Como calor o energía que fluye como resultado de una diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores. La dirección del flujo es siempre de mayor a menor temperatura. El calor se define como positivo cuando se transfiere alsistema desde los alrededores.
Como trabajo o energía que fluye en respuesta a cualquier cambio que no sea una diferencia de temperatura, como una fuerza, una torca o un voltaje. Por ejemplo si se expande un gas en un tanque y mueve un pistón en contra de una fuerza restauradora, el gas realiza trabajo sobre el pistón (se trasfiere energía en forma de trabajo del gas a sus alrededores que incluye alpistón), el trabajo es positivo cuando los alrededores realizan trabajo sobre el sistema.
Ejemplos
1.Un mol de agua a 25C y 1 atm se calineta a presión constante de 100 C. Calcula las variaciones de la energía interna y de la entalpia sabiendo que el coeficiente dilatación es 4*
Resolución:

Para calcular el incremento de volumen se parte de la siguiente expresion, valida a expresion constante:



En este caso, se tiene 1 mol de agua que son 18 g y, como es agua liquida, el volumen inicial es

Sustituyendo los valores que da el enunciado se obtiene la variacion de energía interna entre los estados inicial y final


Este es un proceso de isobárico (presión constante), la variación de entalpia es igual al calor intercambiado por el sistema:


2. Calcula las variaciones de energíainterna y entalpia que se producen al transformar 1 kg de hielo a 273 K en vapor de agua a 398 K a la presión constante de 1,01325
Datos:

Densidad del hielo
Calor especifico del vapor de agua a presión constante:
Coeficiente de dilatación isobárica :
La presión se mantiene constante, la variacion de entalpia es igual al calor intercambiado por el sistema, este calor será la suma del calor defusión, el calentamiento de 273 K a 373 K en fase liquida, el calor de vaporización y el calentamiento hasta 398 K


Sustituyendo los valores

= 3,06 MJ

Para calcular la variación de la energía interna es preciso calcular el volumen en los estados inicila y final ya que:

El volumen inicial del hielo es :
1,1
Mientras que el volumen final del vapor es:







3. Una máquina térmica trabajacon un gas monoatómico, describiendo el ciclo reversible ABCD de la figura. Sabiendo que VC = 2 VB:
Calcular el valor de las variables termodinámicas desconocidas en cada vértice.
Calcular en cada etapa del ciclo, el trabajo, el calor y la variación de energía interna

Proceso A→ B
En el estado inicial, introducimos
p= 1.5 atm
V= 48 litros
T= 293 K.
Se especifica el proceso, activando el botón deradio titulado Adiabático
Estado final, introducimos p=30 atm
Obtenemos el valor de las variables desconocidas V y T del estado final
V=7.95 litros
T=791.13 K
El trabajo W=-249.96 atm·l
El calor Q=0
La variación de energía interna ΔU=249.96 atm·l
Proceso B→ C
Estado inicial
p=30 atm
V=7.95 litros
T=971.13 K
Se especifica el proceso, activando el botón de radio titulado Isóbara, p=30 atm
Estadofinal, introducimos (el doble del volumen de B)
V=15.90 litros
Obtenemos el valor de la variable desconocida T del estado final
T=1941.12 K
El trabajo: W=238.36 atm·l
El calor: Q=595.90 atm·l
La variación de energía interna: ΔU=357.54 atm·l
Proceso C→ D
Estado inicial
p=30 atm
V=15.90 litros
T=1942.22 K
Se especifica el proceso, activando el botón de radio titulado Isóterma, T=1941.12 K
Estado final,...