TERMODINAMICA 1 FM
Algunas definiciones:
La termodinámica estudia la energía y sus transformaciones.
Energía: capacidad para realizar trabajo.
Energía radiante
sistema
Energía térmica
Formas
de
energía
abierto
cerrado
aislado
Energía química
Energía potencial
proceso
Energía cinética
Unidades y factores de conversión de energía
1J=
107
erg = 0,24 cal =
9,9x10-3
l.atm
iisotérmico
té iisobárico
isocórico
adiabático
U(P,V,T,m)
Estas variables se relacionan a través de una ecuación de estado.
R = 8,31J/(K.mol) = 8,31x107 erg /(K.mol) =
= 2 cal /(K.mol) = 0,082 l.atm /(K.mol)
Sistema + Entorno = Universo
Entorno
Materia
Sistema
abierto
Sistema
Sistema
cerrado
Sistema
aislado
Calor y temperatura:
Equilibrio
Fronteras
reversible
isotérmico
isobárico
isocórico
adiabáticoproceso
irreversible
Calor: energía transferida debida únicamente a diferencias
de temperatura
Temperatura: magnitud que refleja el nivel térmico de un
cuerpo (su capacidad para ceder energía calórica) e indica el
sentido en el que fluye el calor
U(P,V,T,m)
Estas variables se relacionan a través de una ecuación de estado.
1
PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINÁMICA
PRIMER PRINCIPIO DE LATERMODINÁMICA
Los objetos en contacto intercambiarán calor hasta
alcanzar el equilibrio térmico (igual temperatura).
La energía puede convertirse de una forma en otra, pero
no puede crearse ni destruirse. La energía total del
universo permanece constante.
A
P
II
I
ΔUI=UB-UA
ΔUII=UA-UB
ΔUI= ΔUII
B
V
Energía interna (U)
Estado 2
Energía interna: Suma de todas las Ec y Ep de las
partículas del sistema.Etapa 1
Etapa 2
Energía cinética: es la energía asociada al
movimiento de las partículas del sistema, a mayor
velocidad > Ec.
Estado 1
total
E (energía interna): todas las energías distintas de las de
posición en el espacio.
Las transformaciones
de energía se
producen a través de
Energía potencial: es la debida a fuerzas de
interacción (atracción y repulsión) entre partículas, a
menor distancia> |Ep| de interacción.
Entorno
realización de trabajo
intercambio de calor
ΔU = q + w
Sistema
Entorno
2
Existen condiciones en las cuales el calor y el trabajo tienen
valores definidos
2- si el proceso se realiza a presión constante:
δqP = dU + Pext dV
dU = δq + δw
Pext = Pgas = P
qP = ΔU + P ΔV = (U2-U1) + (PV2-PV1)
δq = dU - δw = dU + Pext dV
qP = (U2 + PV2) – (U1 + PV1)
Entalpía: H= U + PV
1- si el proceso se realiza a volumen constante:
La entalpía es una función de estado
δqv = dU
qP = (U2 + PV2) – (U1 + PV1)
H2
qP = ΔH
H1
ΔH = ΔU + PΔV
Si el proceso es isobárico, P=cte
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
Trabajo de expansión
Proceso reversible: se realiza de manera infinitamente lenta.
El sistema se encuentra siempre en equilibrio con sus
inmediaciones. Losprocesos directo e inverso siguen el
mismo camino.
δw = -Pext.dV
Proceso reversible:
Proceso irreversible:
Psist=P
Pext±dP
dP
Tsist=T
Text±dT
dT
2
w rev ≅ − ∫ Pint dV
wirrev = Pext.ΔV
1
Gas ideal
Proceso irreversible: se realiza a una velocidad finita.
No puede invertirse.
Energía interna
ΔU = 0
expansión/compresión isotérmica
Entalpía
expansión/compresión isotérmica
ΔH = 0
gas idealCalor específico: Cantidad de calor necesaria para elevar en
1º C la temperatura de 1g de sustancia.
C = m . c
Temperatura
CAPACIDAD CALORÍFICA
Calor
Temperatura
Calor
Antes
Después
Las unidades de capacidad
calorífica son J/K o cal/K
V2
V1
Las unidades de calor específico son J/(g.K)
q = -w
Cantidad de calor necesaria para elevar
la temperatura de un
sistema en un grado.
w rev = −nRTln
gas ideal
A volumen constante:
⎛ ∂U ⎞
CV = ⎜
⎟
⎝ ∂T ⎠ V
C V ( gas ideal ) =
C=
δq
dT
A presión constante:
∂H
C P = ⎛⎜ ⎞⎟
⎝ ∂T ⎠P
dU
dT
C P(gas ideal ) =
dH
dT
3
CALORIMETRÍA
9 a presión constante:
Termómetro
Termómetro
q P = ∫ C P.dT = C P (T2 − T1 ) = C P.ΔT
Contactos
2
δqP = CP.dT
1
ΔH = qP = CP. ΔT = m.cP.ΔT
Ecuación de la
calorimetría
Agitador
O2
Vaso de telgopor...
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