UNIDAD 3: Introducción a la termodinámica

PROF. Andrea Mena T. NM3

Nociones Básicas de Nociones Básicas de TermodinámicaTermodinámica

La termodinámica es una rama de la ciencia que nació a mitad del siglo XIX:

Se basa en 2 principios Fundamentales:1.La energía del universo es constante.2. El desorden del universo aumenta

constantemente.

Estudia Reacciones entre calor y

Otras clases de Energía

Conceptos BásicosConceptos Básicos1- Energía: Capacidad de un Sistema

para producir un trabajo.

Sistema T° y P°(Dada)

La “E” es medible Macroscópicamente

“E” almacenada ENERGÍA INTERNA

(U)

2- Calor (q): Energía que se transmite de un sistema a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura.

CALOR

Conducción

Convección

Radiación

Conducción Conducción

• Flujo de calor a través de medios sólidos por la vibración interna de las moléculas y de los electrones libres y por choques entre ellas.

El calor fluye desde el objeto más caliente hasta

más frío, hasta que los dos objetos

alcanzan a la misma temperatura.

Convección Convección • Se da en líquidos y Gases.• La convección tiene lugar cuando

áreas de fluido caliente ascienden hacia las regiones de fluido frío. Cuando esto ocurre, el fluido frío desciende tomando el lugar del fluido caliente que ascendió.

Radiación Radiación

• Transferencia de calor que no precisa de contacto entre la fuente y el receptor del calor.

• Por ejemplo, podemos sentir el calor del Sol aunque no podemos tocarlo. El calor se puede transferir a través del espacio vacío en forma de radiación térmica.

3- Trabajo (w): acción de modificar un sistema o sus alrededores.

S. Inicial

S. Final

Q

W

Sistema y EntornoSistema y Entorno

• Sistema: Es lo que se desea estudiar, una parte especifica del universo.

• Entorno: Es lo que rodea al sistema y es donde se produce el intercambio con el sistema.

• Universo: Conjunto de sistema y entorno.

Sistema

Tipos de SistemasTipos de Sistemas• Sistema Abierto: Intercambia Intercambia

materia y energía.materia y energía.• Sistema Cerrado: Intercambia Intercambia

sólo energía y no materia.sólo energía y no materia.• Sistema Aislado: No intercambia No intercambia

materia ni energía. materia ni energía.

1° LEY DE LA TERMODINAMICA1° LEY DE LA TERMODINAMICA

• Julius Meyer y James Joule: Enunciaron el “PRINCIPIO DE CONSERVACION DE ENERGÍA”

“E” Universo es Constante

“E” no se crea ni se Destruye

Se transfiere de un Sist. Cerrado Y su entorno

• La variación en la energía interna de un sistema es igual a la energía transferida a los alrededores o por ellos en forma de calor y de trabajo, por lo que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

• Matemáticamente se expresa:

ΔU = Q – W.

• ΔU = variación de la energía interna del sistema expresada en calorías (cal) o Joules (J).

• Q = calor que entra o sale del sistema medido en calorías o joules.

• W = trabajo efectuado por el sistema o trabajo realizado sobre éste expresado en calorías o Joules.

• Forma de expresar el principio de conservación de la energía.

Sistema absorbe calor Q = + Aumenta la

Energía Interna

Sistema libera calor Q = - Disminuye la

Energía Interna

W es positivosi el sistema realiza trabajo

W negativoel entorno efectúa

Un trabajo Sobre el sist.

Problemas de la primera Ley Problemas de la primera Ley de la Termodinámica.de la Termodinámica.

• 1.- A un sistema formado por un gas encerrado en un cilindro con émbolo, se le suministran 200 calorías y realiza un trabajo de 300 Joules. ¿Cuál es la variación de la energía interna del sistema expresada en joules?.

• Datos Fórmula• Q = 200 cal ΔU = Q – W.• W = 300 J Conversión de unidades:• ΔU = ? 1 cal = 4.2 J• 200 calcal x 4.2 J/1 cal = 840 J• Sustitución y resultado: ΔU = 840 J – 300 J =

540 J.

2.- ¿Cuál será la variación de la energía interna en un sistema que recibe 50 calorías y se le aplica un trabajo de 100 Joules?.

• Datos Fórmula• ΔU = ? ΔU = Q - W• Q = 50 cal Conversión de unidades:• W = - 100 J 50 cal x 4.2 J/1 cal =

210 J• Sustitución y resultado ΔU = 210 J –

(- 100 J) = 310 J.

3.- A un gas encerrado en un cilindro hermético, se le suministran 40 calorías, ¿cuál es la variación de su energía interna?

• Datos Fórmula• Q = 40 cal ΔU = Q – W• ΔU = ? Conversión de unidades• W = 0 40 cal x 4.2 J/1cal = 168 J• Sustitución y resultado ΔU = 168 J – 0 =

168 J.• Nota: al no realizarse ningún trabajo, todo

el calor suministrado incrementó la energía interna del sistema.

• 4.- Sobre un sistema se realiza un trabajo de -100 Joules y éste libera -40 calorías hacia los alrededores. ¿Cuál es la variación de la energía interna?

• Datos Fórmula• W = - 100 J ΔU = Q – W• Q = - 40 cal Conversión de unidades:• ΔU = ? - 40 cal x 4.2 J/1cal = - 168 J• Sustitución y resultado: ΔU = - 168 J – (-100 J)

=• - 68 J. Nota: El signo negativo de la variación de

la energía interna del sistema indica que disminuyó su valor, porque sólo recibió 100 J en forma de trabajo y perdió 168 J en forma de calor.

• 5.- Un sistema al recibir un trabajo de -170 J sufre una variación en su energía interna igual a 80 J. Determinar la cantidad de calor que se transfiere en el proceso y si el sistema recibe o cede calor?

• Datos Fórmula• ΔU = 80 J ΔU = Q – W. • W = - 170 J Despejando Q = ΔU + W• Q = ?• Sustitución y resultado: Q = 80 J + (-170J) = • -90 J. Si el calor tiene signo negativo, el sistema

cede calor a los alrededores. Sin embargo, su energía interna aumentó ya que se efectuó un trabajo sobre él.

TermoquímicaTermoquímica• Todas las R(X) Qcas transcurren con

un intercambio de energía con el medio ambiente.

- Reacción Exotérmica: proceso que desprende energía.

- Reacción Endotérmica: proceso que absorbe energía

ENTALPÍA (H)ENTALPÍA (H)• Es la medida del contenido calórico

de una reacción. • Intercambio de energía térmica que

experimenta un sistema químico con su ambiente.

∆H = VARIACION DE ENTALPÍA

∆H = H prod – H react