1.conservación de la energía. el hombre siempre a dependido de suministros energéticos. entre...
TRANSCRIPT
1. Conservación de la Energía.
El hombre siempre a dependido de suministros energéticos. Entre estos se encuentran los alimentos que nos proporcionan nutrientes y energía, la quema de combustible fósil para uso domiciliario, industrial, del transporte. De ahí que es tan importante la energía.
Sistemas termodinámicos.
Sistema: Objeto en estudio ,el cual esta rodeado de un entorno y el medioambiente..
Sistema Abierto: Puede intercambiar masa y energía por lo general en forma de calor con sus alrededores.
Sistema Cerrado: El cual permite la transferencia de energía (calor) pero no de masa.
Sistema Aislado: No permite el intercambio de energía ni de masa.
Universo : Sistema + entorno
Ejemplos de sistemas:
Una hormiga: Es un sistema abierto, pues Intercambia energía y materia con lo que la rodea.
Una casa con un patio: Sistema abierto.
Una botella de bebida tapada: Sistema cerrado que mientras la botella este tapada solo puede intercambiar calor con el entorno.
La Tierra:Sistema abierto.
El contenido de un termo:Durante varias horas es un sistema aislado que no pierde o gana masa ni energía.
El universo:
Se desconoce su dimensión y si tiene un limite, pero según el conocimiento actual el universo es único. Se trata de un sistema aislado que no tiene entorno.
Propiedad de estado.
Es aquella que al modificarse mediante una acción externa, su diferencia entre el valor inicial y el final no depende del camino recorrido por el sistema. Lo único que importa son los valores extremos.
Ejemplo: masa, el volumen la temperatura, la presión, la energía interna, la entalpía, la entropía, la energía libre.
Ejemplo de la temperatura como propiedad de estado.¿Te has dado cuenta que en el informe meteorológico solo importa la minima y máxima temperatura ? No interesa si durante el día subió bajo volvió a subir, solo importan los extremos.
Ejemplo:
Un cambio de cualquiera de estas propiedades se expresa como:
Cambio: Magnitud de la propiedad final – Magnitud de la propiedad inicial.
if XXX
TRANSFORMACIONESVivimos en un mundo en constante cambio y transformación. En nuestro entorno natural la noche sigue al día, el calor al frío y el Sol aparece tras la lluvia. En nuestro hogar apagamos y encendemos luces, vemos distintas emisoras de televisión y hervimos agua para preparar la comida.Los seres vivos también sufren cambios: crecen, envejecen, florecen, se desplazan y mueren. Algunos de estos cambios se aprecian a simple vista, como la caída de las hojas de una planta o la carrera de un animal. Pero otras transformaciones no se aprecian en absoluto, como la respiración de las plantas o la digestión de los alimentos.En cualquiera de todos estos cambios y transformaciones, o en cualquier otro que puedas imaginar, hay energía. Energía es la capacidad de producir transformaciones y cambios.A veces esa energía se consume, como cuando calentamos la leche para el desayuno o al encender una bombilla. Otras veces la producimos, como al quemar madera en la chimenea o rascar una cerilla. En cualquier caso, la energía siempre está ahí y nos limitamos a pasarla de un sistema material a otro, cambiando la forma en que se manifiesta.Cuando quemamos madera, cambiamos la energía química de la madera y del aire en luz y calor. En las centrales hidroeléctricas, la energía del agua embalsada se convierte en energía eléctrica y en las centrales nucleares, la energía eléctrica procede de la que contiene el núcleo atómico. La energía nunca aparece o desaparece, cambia de una forma a otra.
Transformaciones fisicas
En muchas transformaciones, las sustancias no cambian. Si calentamos agua, tenemos agua caliente al final y agua fría al principio, pero siempre agua. Si metemos el agua en el congelador para hacer cubitos de hielo, tampoco cambia la sustancia, que pasa de líquida a sólida, pero sigue siendo agua.Otro tanto ocurre cuando se mueve un tren o un coche, tras el movimiento, el tren o el coche siguen siendo los mismos. Y cuando un gato cae, es el mismo desde que empieza la caída hasta que llega al suelo.Las transformaciones en las que las sustancias no cambian, como al mover un objeto o un animal, o al calentar o enfriar un cuerpo, son transformaciones físicas. En ellas la naturaleza de las cosas que se transforman o que cambian es siempre la misma.
Transformaciones de energía.
Se define energía como: “La capacidad para efectuar trabajo”, Se transfiere por calentamiento o enfriamiento , lo que comúnmente llamamos ganancia o perdida de calor.
Analicemos la siguiente situaciones.
Un montañista escala por la ladera de un roquerío.
¿Hay implícita alguna forma de energía química?
La energía que aportan los alimentos se transforman en energía motora muscular del montañista.
En general, son energías químicas las que provienen de los alimentos (metabolismo) y también en parte las que son resultado de la acción motora en el ser humano.
Los ejemplos indican un principio fundamental de la naturaleza.
La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma, de manera que la energía permanece constante en el universo.
Términos Trabajo y Calor.
El trabajo y el calor son procesos por los cuales se puede cambiar la energías de un sistema.
Cada vez que se ejerce una fuerza sobre un objeto se esta realizando un trabajo (w), que modifica la energía del objeto.
En términos físicos
En termodinámica
La unidad del trabajo es joule, es preferida en las ciencias porque se puede derivar directamente de unidades, que se emplean para expresar la energía cinética y potencial.
dFW
VPW
.uff, uff
Pext
Pint
Pext > Pint
Pext
Pint
dx
Calor
Pedro, cierra la ventana. Que no
salga el calor.
¡Que no salga el calor!!! ¡O que no entre el frío!!!
¡Maestro! tengo que preguntarle algo.
Ayer, papá me dijo que cerrara la ventana para que no salga el calor……
No entendí lo que me quiso decir.
...... Además el otro día sin querer toque la plancha y me quemé. ¿Cómo es que ocurren estos fenómenos?
Hummm......... interesante… veo que tienes una curiosidad científica.
Te explicaré qué sucedió en ambos casos.
No olvides que la constitución de la
materia tiene como unidad al
ÁTOMO
Entonces…… ¿Qué es el calor?Entonces…… ¿Qué es el calor?Entonces…… ¿Qué es el calor?Entonces…… ¿Qué es el calor?
El calor es un tránsito. Es decir,
un flujo de energía...
La agrupación La agrupación de átomos de átomos forma las forma las MoléculasMoléculas
La agrupación La agrupación de átomos de átomos forma las forma las MoléculasMoléculas
Ejemplo: Cuando hace frío perdemos energía mediante el flujo térmico (calor), hacia el entorno.
...Cuando disminuye el calor las moléculas vuelven a su estado original con menor movimiento.
Equivalencia entre la caloría y la unidad de trabajo:Aun cuando la energía, el calor y el trabajo son conceptos Aun cuando la energía, el calor y el trabajo son conceptos diferentes se pueden expresar en las mismas unidades.diferentes se pueden expresar en las mismas unidades.
(Equivalente mecánico del calor)(Equivalente mecánico del calor)1cal = 4,184J1cal = 4,184J 1000 cal = 1Kcal1000 cal = 1Kcal
...Maestro,¿Hasta cuando fluye contacto entre dos cuerpos si
permanecen en contacto indefinido?
Si las paredes entre dos cuerpos son diatérmicas, fluye calor hasta que se igualan las
temperaturas, a esto se le llama equilibrio térmico.
Al aportar calor a un sistema, éste aumenta su temperatura al igual que su energía interna,
dependiendo de tres factores. Éstos son:
Aumento de temperatura deseadoAumento de temperatura deseado ∆∆°T.°T. La masa del cuerpo del sistema… La masa del cuerpo del sistema… m m La sustancia que lo constituye, mejor dicho La sustancia que lo constituye, mejor dicho su calor específico, que es la energía su calor específico, que es la energía necesaria para aumentar el grado de necesaria para aumentar el grado de temperatura de un kilogramo de la sustancia temperatura de un kilogramo de la sustancia considerada….considerada….CeCe
Sustancias J/g.ºC
Agua 4.18
Aluminio 0,902
Cobre 0,385
Fierro 0,451
Madera 1.76
Mercurio 0,03
Calor especifico de algunas sustancias.(Ce)
Esto se resume en la siguiente Esto se resume en la siguiente ecuación ecuación fundamental de la fundamental de la calorimetríacalorimetría..
Entonces: La cantidad de calor que hay que suministrar a un cuerpo para elevar su temperatura, depende del incremento de temperatura y de la masa del sistema que se calienta.
Ejemplo
Si en un alambre de cobre de 10 g se eleva la temperatura de 20ºC a 45ºC ¿Cuál es el calor transferido al metal?.
Al aplicar la formula
)º20º45)(º
385.0)(10( CCCg
JgQ
Q= m.Ce. ∆ T
Q= m.Ce. ∆ T
Energía Interna
Se le llama energía interna a la suma de las energías individuales (cinética y Potenciales) de todas las partículas, sean estas moléculas, átomos o iones.
Contribuyen también a la energía interna diversas formas de energía:
Traslación rotación vibración, interacciones moleculares y energía nuclear.
La Energía Interna es una función de estado. Ante cualquier modificación, la magnitud del cambio depende del valor inicial y final, el que se expresa como
inicialfinal UUU
La energía de un sistema se puede cambiar mediante transferencia térmica (q) o trabajo (w).
Por lo tanto la energía interna de un sistema puede cambiar en una magnitud, si hay una transferencia de calor o si se realiza un trabajo (w) sobre el desde el exterior.
WqU
La variación de la energía Interna puede aumentar o disminuir según sea el tipo de transferencia que se realice.
Sistema
Si ingresa calor al sistema.
q+
(Proceso Endotérmico)
Si sale calor del sistema
q-
(Proceso Exotérmico)
Si se realiza trabajo sobre el sistema.
W+
Si el sistema realiza trabajo sobre el entorno.
W-
Relación es de Transferencia de energía como Calor y Trabajo entre un sistema y su entorno.
Entalpía (H)
La mayoría de los procesos donde hay transferencia de calor ocurren en sistemas abiertos , es decir a presión constante.
El flujo de calor a presión constante ( ) es la variación de entalpía( ).
Por lo tanto en sistemas a presión constante la primera ley se expresa como:
Despejando la variación de entalpía
Es normal llamar a la entalpía calor del proceso, ya que la mayoría de las reacciones químicas se realizan a presión constante.
pqH
VPHU
WHU
VPUH
Termoquímica
Parte de la termodinámica que estudia los cambios térmicos relacionados con procesos químicos.
Procesos endotérmicos y exotérmicos.
Un proceso termoquímico se representa mediante una ecuación termoquímica balanceada.
Ejemplo la evaporación del agua.
Para que el agua pase de estado liquido a gas requiere una energía de 44.0 Kj, es por tanto una reacción endotérmica.
∆Hº=44,0 kJ
El proceso contrario a la evaporación es la condensación, la ecuación se expresa
En este caso se trata de un proceso exotérmico, el agua libera energía térmica.
Entalpia de formación estándar.
Es el calor de reacción correspondiente a la formación de un mol de la sustancia a partir de sus elementos en sus estado fundamental o estándar.
Algunos ejemplos de reacciones de formación.
∆Hº=-44,0 kJ
∆Hº=-393.5 KJ/mol
∆Hº=-285.3 KJ/mol
∆Hº=-74.8 KJ/mol
∆Hº=-422.2 KJ/mol
Ley de Lavoisier y La place
Una reacción que ocurre en sentido directo, puede ocurrir en sentido inverso, con igual variación de entalpia pero con signo contrario.
A B ∆Hº = +3B A ∆Hº = -3
Esta ley también se rige por el principio de la conservación de energía.
Ley de Hess
Permite evaluar el cambio de entalpia en reacciones, que son difíciles de estudiar de manera experimental. Se aplican sumatorias de ecuaciones conocidas con sus respectivas entalpias.
∆Hº=74.8KJ/mol
∆Hº= - 285.3KJ/mol /2
∆Hº= - 393.5KJ/mol
∆Hº= - 889.3KJ/mol
Ejemplo:Hallar la entalpía de combustión del gas metano.
Mediante la adición de 3 ecuaciones y sus correspondientes se obtiene la variación de entalpía de la combustión del metano.
∆Hº