4° Termodin%E1mica 1%B0 Ley

8/16/2019 4° Termodin%E1mica 1%B0 Ley

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TERMODINÁMICATERMODINÁMICA


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SISTEMAS, ESTADOS Y ENERGÍASISTEMAS, ESTADOS Y ENERGÍA

ENTORNOENTORNO

SISTEMASISTEMA

ENERGENERGÍÍAA

AbiertoAbierto CerradoCerrado AisladoAislado


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TRABAJO Y ENERGÍATRABAJO Y ENERGÍAEl trabajo es la transeren!ia de ener"#a a $n siste%a &or $n &ro!eso '$e esEl trabajo es la transeren!ia de ener"#a a $n siste%a &or $n &ro!eso '$e ese'$i(alente a ele(ar o bajar $n &eso) *a ener"#a interna de $n siste%a &$edee'$i(alente a ele(ar o bajar $n &eso) *a ener"#a interna de $n siste%a &$ede!a%biar %ediante la reali+a!in de $n trabajo-!a%biar %ediante la reali+a!in de $n trabajo- . / 0. / 0

Pi Vi

Pistón

Masa

Pf Vf

Pistón

Masa

Estado inicial Estado final

w = F. d

• El trabajo es transitorio

• El efecto neto del trabajo es cambiar la U del sistema y del medio

• La cantidad de trabajo se puede calcular a partir del cambio en el energía potencial

• Trabajo sobre el sistema w = !"# trabajo desde el sistema w = $"


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∆V

Presióne%terna

&ambio de 'olumen

T()*)+, -E E.P)/012/

Presión = 3 4 )

Volumen = d % )Trabajo = 3 % d

Trabajo sobre el sistema w = !"# trabajo desde el sistema w = $"

w = ∫ F.d l = -∫∫ P externa d Ad d = -∫ P externa dV


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El trabajo total !$ando el(ol$%en !a%bia de V i a V f es-

∫ −= f

i

V

V PdV W

El trabajo &ositi(o re&resenta $na transeren!ia de ener"#a

eli%inada del siste%a)

El trabajo ee!t$ado en la e1&ansin desde el estado ini!ial2asta el estado inal es el 3rea bajo la !$r(a en $n dia"ra%a 45)


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Pi

Pf

Vi Vf

i

f

P

V

Pi

Pf

Vi Vf

i

f

P

Pi

Pf

Vi Vf

P

f

i

El trabajo reali+ado &or $n siste%a de&endede los estados ini!ial 6 inal 6 de la tra6e!toriase"$ida &or el siste%a entre di!2os estados)


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w = 3 % d

w = P % ) % d

w= $ Pe%t 5 ∆V

V

P

1rre'ersible

Si la &resin e1terna es 7 8(a!#o9 el 0 / 7Si la &resin e1terna es 7 8(a!#o9 el 0 / 7

V

P

(e'ersible

dw = $ Pe%t 5 dV

dw = $ P5 dV

dw = $ n(TdV4V

w = $n(T 6dV4V

w = $ n(T lnVfinal4Vinicial


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CA*ORCA*OR

El !alor es la transeren!ia de ener"#a !o%o res$ltado de $na dieren!ia deEl !alor es la transeren!ia de ener"#a !o%o res$ltado de $na dieren!ia dete%&erat$ra) C$ando la ener"#a se transiere solo &or %edio de !alorte%&erat$ra) C$ando la ener"#a se transiere solo &or %edio de !alor . / '. / '

•El calor es transitorio• El efecto neto del calor es cambiar la U del sistema y del medio de acuerdo con laprimera ley

• &alor sobre el sistema 7 = !"# calor desde el sistema 7 = $"

CA4ACIDAD CA*ORÍ:ICA 8CA4ACIDAD CA*ORÍ:ICA 8C C 99

q q

T f – T i ∆T C /

*a !a&a!idad !alor#i!a de $n objeto es la rela!in entre el !alor a&ortado 6 la ele(a!in*a !a&a!idad !alor#i!a de $n objeto es la rela!in entre el !alor a&ortado 6 la ele(a!inde la te%&erat$ra &rod$!ida) *as transeren!ias de !alor se %iden !on $n !alor#%etrode la te%&erat$ra &rod$!ida) *as transeren!ias de !alor se %iden !on $n !alor#%etro!alibrado)!alibrado)


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CA*ORÍMETRO A 4RESI;N CONSTANTECA*ORÍMETRO A 4RESI;N CONSTANTE

Me8cla de

reacción

Vaso depoliestirenoe%pandido

)gitador

Termómetro

&,(TE T()/0VE(0)L

Calor#%etro a &resin !onstante 8


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,%ígenoa presión

)gua

*omba

Muestra

)gitador

Entradade

o%ígeno

Electrodos de encendido

Termómetro

CA*ORÍMETRO A 5O*.MEN CONSTANTECA*ORÍMETRO A 5O*.MEN CONSTANTE

BOMBA CA*ORIM=TRICABOMBA CA*ORIM=TRICA

Calor#%etro a (ol$%en !onstante 8 .9- 7reacción" ! 7 bomba" ! 7 agua" = 9


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4RIMERA *EY4RIMERA *EY

ENERGÍA INTERNA U Es la s$%a de todas la or%as de ener"#a de $n siste%a-

• Energía cin:tica de las mol:culas• Energía potencial de los constituyentes del sistema• La energía interna en forma de 'ibraciones y rotaciones moleculares

• La energía almacenada en forma de enlaces 7uímicos

4RIMERA *EY DE *A TERMODINÁMICA4RIMERA *EY DE *A TERMODINÁMICA

*a ener"#a interna*a ener"#a interna U U , de $n siste%a aislado es !onstante, de $n siste%a aislado es !onstante

∆U Total = ∆U 0istema ! ∆U Medio = 9

∆U 0istema = $ ∆U medioLa primera ley de la termodin;mica establece 7ue la energía interna de unsistema aislado es constante< para un sistema 7ue no es aislado# ∆ = 7 ! w5

) 'olumen constante> ∆ = 7


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:.NCIONES DE ESTADO:.NCIONES DE ESTADO

.na $n!in de estado solo de&ende del estado a!t$al del siste%a) El !a%bioes $na $n!in entre dos estados es inde&endiente de la (#a entre ellos) *aener"#a interna es $na $n!in de estado) El trabajo 6 el !alor no lo son)

Para un ?as 1deal# depende solamente de la temperatura y es independiente del'olumen5 Por consiguiente# para una e%pansión o compresión isot:rmica de un gasideal# . / 7

ENERGÍA INTERNAENERGÍA INTERNA U U

Es la s$%a de todas la or%as de ener"#a de $n siste%a-

• Energía cin:tica de las mol:culas• Energía potencial de los constituyentes del sistema• La energía interna en forma de 'ibraciones y rotaciones moleculares• La energía almacenada en forma de enlaces 7uímicos


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Conse!$en!ias de la >? *e6Conse!$en!ias de la >? *e6

Trabajo = Calor = Área

4ara $n siste%a aislado el !a%bio en la ener"#a interna es !ero)

4$esto '$e &ara $n siste%a aislado Q / W / 7, U / 7)

En $n &ro!eso !#!li!o el !a%bio

en la ener"#a interna es !ero)En !onse!$en!ia el !alor Q a"re"ado al siste%a es i"$al altrabajo W reali+ado)

Q / W , U / 7

En $n &ro!eso !#!li!o el trabajoneto reali+ado &or !i!lo es i"$alal 3rea en!errada &or latra6e!toria '$e re&resenta el&ro!eso sobre $n dia"ra%a PV )

P

V


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Pi

Pf

Vi Vf

P

f

i

PV = cte.

Isoterma

Proceso isotérmico

= −

=−= − ∫ ∫

i

f

V

V

V

V

V

V nRT W

dV V

nRT PdV W

f

i

f

i

ln


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.n &ro!eso a (ol$%en !onstante se lla%a iso(ol$%@tri!o 8oiso!ri!o9, en tal &ro!eso el trabajo es !ero 6 enton!es- U / Q

W = 0

P f

V

P

P i

4ara in!re%entar la &resin

deber3 2aber l$jo de !alor, 6&or lo tanto, in!re%ento en laener"#a interna 8te%&erat$ra9

El l$jo de !alor en este !asoes-

dQ / C V dT

El s$b#ndi!e indi!a '$e es!a&a!idad !alor#i!a a (ol$%en!onstante)

V


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ENTA*4ÍA <

*a $n!in de estado '$e &er%ite se"$ir los !a%bios de ener"#a a &resin!onstante se deno%ina entala, < / . 45

< / . 45

< / ' 0 4

5

< / ' 4

5 4

5

< / '

El cambio en la entalpía de un sistema es igual al calor proporcionado al sistema apresión constante5 Para un proceso endot:rmico ∆@ es A 9< para un procesoe%ot:rmico ∆@ es B 9


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CA4ACIDADES CA*ORÍ:ICAS A 5O*.MEN Y 4RESI;N CONSTANTESCA4ACIDADES CA*ORÍ:ICAS A 5O*.MEN Y 4RESI;N CONSTANTES

q

∆T C /

∆U

∆T C( /

∆H

∆T C& /

< / . nRT< / . nRT

< /< / . nR. nR

TT

Si di(idi%os a%bos %ie%bros &orSi di(idi%os a%bos %ie%bros &or TT

C& / C( nRC& / C( nR

C&C& – – C( / nRC( / nR

La capacidad calorífica molar de una gas ideal a presión constante esmayor 7ue a 'olumen constante5


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Te%&

er at$r

a

7p

Slido *#'$ido Slido *#'$ido *#'$ido Gas Gas


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ENTA*4ÍAS DE* CAMBIO .ÍMICOENTA*4ÍAS DE* CAMBIO .ÍMICOENTA*4ÍAS DE REACCI;NENTA*4ÍAS DE REACCI;N

C


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COMBINACI;N DE *AS ENTA*4ÍAS DE REACCI;N-COMBINACI;N DE *AS ENTA*4ÍAS DE REACCI;N-*EY DE

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