1. Definición de trabajo

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Joaquín Sánchez Carrasco
hace 7 años
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1 ermodinámica. ema rimer rincipio de la ermodinámica. Definición de trabajo Energía transmitida por medio de una conexión mecánica entre el sistema y los alrededores. El trabajo siempre se define a partir del producto de una variable intensiva y otra extensiva. ipos rabajo ariable intensiva ariable extensiva De extensión F d De compresiónexpansión (Mecánico) Superficial d da Magnético B dm Eléctrico E dq ermodinámica. ema rabajo Mecánico (-) d = - F ext d d = - ext A d = - ext d d ext d riterio de signos W>0 Sistema W<0 rabajo realizado sobre el sistema (compresión) rabajo realizado por el sistema (expansión)

2 rabajo de expansión ermodinámica. ema Supongamos un gas que ocupa un volumen a una presión y temperatura constante. Al aplicar una presión externa menor, el gas se expandirá hasta. Luego: = - ext ( - ) < 0 Expansión isotérmica de un gas contra una presión exterior constante ermodinámica. ema Otros caminos para la misma expansión ( etapas) (,, ) (,, ) (,, ) Así, = - ( - ) = - ( ) t = + Expansión isotérmica de un gas en dos etapas rabajo no es una función de estado

3 ermodinámica. ema. Definición de alor Energía que se transfiere de un objeto a otro debido a una diferencia de temperatura q Δ dq d m ce n m apacidad alorífica alor específico apacidad alorífica molar Una caloría se define como el calor necesario para elevar la temperatura de g de agua desde 4,5 º a 5,5 º a atmósfera de presión El calor no es una función de estado ermodinámica. ema riterio de signos Q>0 Sistema Q<0 alor absorbido por el sistema alor cedido por el sistema 3

4 3. ransformaciones Reversibles ermodinámica. ema Si la expansión se lleva a cabo en infinitas etapas permitiendo que el sistema alcance el equilibrio ( ext = ± d), en cada etapa puede escribirse: d Expansión isotérmica de un gas en infinitas etapas (oincide con el trabajo máximo de expansión) asos particulares de trabajos: ) rabajo reversible de expansión o contracción isoterma de un gas ideal ermodinámica. ema d d -nr nrln nrln ) rabajo isocoro d = 0 = 0 3) rabajo reversible isobárico d - ( ) 4

5 ermodinámica. ema 4) rabajo reversible de un proceso isotermo (,, ) (,, ) (,, ) ciclo expansión compresión d ( - d) 0 ermodinámica. ema 4. ransformaciones Irreversibles aracterizada porque el proceso se realiza a través de algún estado o estados del sistema que son de no equilibrio. rabajo irreversible del proceso (,, ) (,, ) (,, ) expansión compresión ciclo ( ( ( ) ) ) ( ) -( )( ) 0 5

6 Expansión ermodinámica. ema ompresión ermodinámica. ema 5. Energía Interna. rimer rincipio de la ermodinámica La energía interna, U, engloba la energía molecular (electrónica, traslacional, vibracional, rotacional), energía relativista de electrones y núcleo y energía de interacción de corto alcance. La energía interna es una función de estado. rincipio de conservación de la energía Enunciado por Helmholtz en 846: La energía de un sistema aislado es siempre constante 6

7 ermodinámica. ema Entre 84 y 85, R. Mayer y J.. Joule realizaron dos experiencias que condujeron al primer principio: ) Al suministrar energía en forma de trabajo a un sistema de paredes adiabáticas, se observaba que la temperatura del sistema aumentaba y que el calor ganado dependía de la cantidad de trabajo suministrado, pero no del tipo de trabajo. ) oniendo en contacto el sistema anterior con otro separados por una pared diatérmica se podía conseguir la misma temperatura que en la experiencia anterior. onclusión: el calor y el trabajo son formas de modificar la energía total de un sistema ermodinámica. ema rimer rincipio de la ermodinámica La variación de energía interna de un sistema cerrado es la suma del calor dado o absorbido por el medio y el trabajo que este hace o se le aplica. U = q + De forma infinitesimal: du = dq + d Recordar que dq y d no son diferenciales exactas 7

8 ermodinámica. ema Otros enunciados del rimer rincipio No es posible construir una máquina cíclica que genere trabajo mecánico sin consumir una cantidad equivalente de energía. Es imposible construir una máquina de movimiento perpétuo de primera especie. El trabajo que se requiere para cambiar adiabáticamente un sistema de un estado especificado a otro es siempre el mismo independientemente del tipo de trabajo. ermodinámica. ema asos particulares en el cálculo de la energía interna ) Sistema aislado. U = 0 or tanto: U sistema + U alrededores = 0 ) Sistema adiabático. U = adiab 3) roceso Isócoro. U = q isócoro = q v 4) roceso íclico. U = 0 8

9 6. Entalpía Magnitud extensiva y función de estado H = U + roceso reversible a presión constante: du = dq + d = dq - d Integrando U -U = q p - ( - ) Reordenando, (U + )-(U + ) = q p ermodinámica. ema omo = = H -H = q p H = q p El calor intercambiado con el medio en un proceso a presión constante es igual a la variación de entalpía del sistema. ermodinámica. ema Las variaciones de entalpía se miden en un calorímetro. En reacciones donde intervienen líquidos o sólidos podemos considerar que () 0 y por tanto H U. ara gases, considerado un comportamiento ideal y temperatura constante: () = ( n)r y por tanto H = U + nr 9

10 ermodinámica. ema 7. apacidades aloríficas omo la energía interna es función de la temperatura y el volumen du Si se mantiene constante du Obtenemos la capacidad calorífica a volumen constante (magnitud extensiva). Integrando du = v d, U dq ΔU d U U d U d d q d ermodinámica. ema De forma análoga, como la entalpía es función de la temperatura y la presión Si se mantiene constante dh dh Obtenemos la capacidad calorífica a presión constante (magnitud extensiva). Integrando dh = d, dq H ΔH d H H d H d d q d 0

11 ermodinámica. ema Si y son constantes en el intervalo temperaturas comprendido entre y, podemos escribir: ΔU ( ) ΔH ( ) ero en general no lo son y su dependencia con la temperatura es del tipo: =a+b+c +d 3 +

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