4° termodin%e1mica 1%b0 ley
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8/16/2019 4° Termodin%E1mica 1%B0 Ley
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TERMODINÁMICATERMODINÁMICA
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TERMODINÁMICATERMODINÁMICA
SISTEMAS, ESTADOS Y ENERGÍASISTEMAS, ESTADOS Y ENERGÍA
ENTORNOENTORNO
SISTEMASISTEMA
ENERGENERGÍÍAA
AbiertoAbierto CerradoCerrado AisladoAislado
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8/16/2019 4° Termodin%E1mica 1%B0 Ley
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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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TERMODINÁMICATERMODINÁMICA
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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