TEMA 4:TEMPERATURA, CALORCANVI D ESTAT

Transcripción

1 TEMA 4:TEMPERATURA, CALORCANVI D ESTAT TEMPERATURA [K] [ºC] La temperatura és una propietat intensiva del sistema, relacionada amb l'energia cinètica mitja de las molècules que el formen. 5ºC 5ºC 6ºC 4ºC Aquests dos sistemes quan es posen en contacte no experimenten cap canvi. Estan en equilibri tèrmic. Tenen la mateixa temperatura. En posar-los en contacte, interaccionaran fins a arribar a la mateixa temperatura (equilibri tèrmic)

2 Principi zero de la termodinàmica A B C Quan dos sistemes A i B estan en equilibri tèrmic amb un tercer C, A i B també estan en equilibri tèrmic entre ells. Temperatura: propietat que permet establir l existència o no d equilibri tèrmic entre els sistemes.

3 Escales de temperatura Escala Kelvino absoluta es defineix de manera que la temperatura del punt triple de l aigua (punt de coexistència de les tres fases sòlida, líquida i vapor) sigui K Escala Celsius o centígrada: Punt de fusióde l aigua : ºC. Punt d evaporació de l aigua: 1 ºC. La mesura d un gran centígrad coincideix amb la d un grau Kelvin. La relacióentre les dues escales: t C = T Punt triple de l aigua =.1 ºC El zero absolut correspon a una temperatura de ºC emperatura.swf

4 CALOR Un sistema cedeix E en forma de Q si es transfereix com a resultat d una diferència de T entre el sistema y l entorn. Quina quantitat d energia li hem de comunicar a un cos de massa m perque augmenti la seva temperatura de T 1 a T 2? Q = mc ( T T ) ( T, P ) 2 1 la T sistema varia fins a igualar la T voltants Unitats : Joule 1 cal = J Calor específica= Quantitat de calor que s ha de subministrar a una quantitat determinada de substància ( 1 gram/1 mol) perquè la seva temperatura augmenti un grau. (Cp, Cv) Sustancia Ce(cal/g C) Agua 1, Aluminio,217 Etanol,586 Cobre,95 Hierro,111 Zinc,92 Plomo,31

5 Ejemplo 3. Se mezclan 8 g de agua a 2 C con 1 g de agua a 7 C. Calcular cuál será la temperatura final de la mezcla. Datos: m A = 8 g ; t A = 2 C m B = 1 g ; t B = 7 C Ce = 1 cal/ g t F =? Como el calor cedido por el agua a temperatura más alta deberá de ser igual (pero de signo contrario) a la ganada por el agua a temperatura más baja, deberá de cumplirse: Q + Q = A B Q = m c (t t ) A A e F A Q = m c (t t ) m B B e F B A c e (tf t A ) + mb ce (tf t B ) = m t m t + m t m t = A F A A B F B B t (m + m ) (m t + m t ) = t F A B A A B B F ma ta + mb tb 8 g = = m + m A B 2 C + 1 g (8 + 1) g 7 C = 47,8 C

6 Canvis d estat Solidificació Fusió LÍQUID Condensació Vaporizació SÒLID Sublimació GAS Sublimació regressiva

7 CALOR DE CANVI D ESTAT Laquantitatde calor que és necessari comunicar a una substància per a quècanviïd estat una vegada ha arribat a la temperatura a la que es produeix, depèn de la substància i de la seva massa. Q = m L El calor latent de canvi de fase: és la quantitat de calor que hem de subministrar a 1kg de substància perquê canviï d estat. Unitats (J/KG)

8 Partim de gel a -2 C i comencen a escalfar-lo a calentarlo: (vegeu gràfic) Quan escalfem una substància li donem energia que s empra en augmentar l energia cinètica mitjana de les seves molècules raó per la qual la seva temperatura augmenta. L energía (calor) que li hem de donar per elevar la seva temperatura un determinat nombre de graus t la calcularem aplicant: Q = m ce t T ( C) 1-2 t (min) Fusió. La temperatura no canvia Ebullició. La temperatura es manté invariable. I que ocorr quan arribem a la temperatura del canvi d estat? Experimentalment veiem que la temperatura roman invariable encara que li seguim comunicant energia. Ara l energia que li donem no augmenta l energia cinètica de les mol lecules sinò que romp els enllaços entre elles ( procès necessari perquè la substància passi a un altre estat (per ex. líquid) en el qual les interaccions entre les mol#lècules són més dèbils. La quantitat de calor que és necessari comunicar a una substància pèr a que canvii d estat una vegada ha arribat a la temperatura a la que es produeix, depèn de la substància i de la seva massa. El calor latent de canvi de fase: és la quantitat de calor que hem de subministrar a 1 kg de substància perquè canvii d estat. Unitats: J/kg). Q = m L

9 Ejemplo 4. Calcular la cantidad de calor que es necesario comunicar a 5 g de hielo a - 2 C para elevar su temperatura hasta 5 C. Dato: Ce (Hielo) =,5 cal/g. C Solución: Podemos imaginar el proceso dividido entres fases Fase 1: Aumento de la temperatura desde - 2 C hasta C (temperatura de fusión) Fase 2: Fusión a C. Fase 3: Aumento de la temperatura desde C hasta 5 C

10 Fase 1. Cálculo del calor que es necesario comunicar para elevar la temperatura de 5 g de hielo desde 2 C hasta su temperatura de fusión ( C): Q1 = m c e (hielo) (t2 t 1) = 5 g 5. cal 1J,24 cal 1kJ 3 1 J,5 = 2,8 kj cal g. C [ ( 2)] C = 5. cal Fase 2. Cálculo del calor necesario para que el hielo funda sin variar su temperatura ( o C) Q2 = m L =,5 kg Fase 3. Cálculo del calor necesario para elevar la temperatura del agua desde C hasta 5 C. cal 4 Q3 = m c e (agua) (t3 t 2 ) = 5 g 1 (5 ) C = 2,55.1 cal g. C 4 2,5.1 cal Calor total : 1J,24 cal kj 334 = 167, kj kg 1kJ 3 1 J = 14,2 kj Q = Q1 + Q2 + Q3 = 2,8 kj + 167, kj + 14,2 kj = 292, kj Hielo -2 C Hielo C Agua (liq)) C Agua (liq) 5 C 2,8 kj 167, kj 14,2 kj

11 RESUM La temperatura és una propietat del sistema, relacionada amb l'energia cinètica mitja de las molècules que el formen. Permet establir l existència o no d equilibri tèrmic entre els sistemes. La mesura d un gran centígrad coincideix amb la d un grau Kelvin. Equivalència entre temperatures t C = T La quantitat d energia que li hem de comunicar a un cos de massa m perque augmenti la seva temperatura de T 1 a T 2 es: Q = m c e (T 2 T 1 ) Unitats Q ( calories o joule) c e (cal/gºc o j/kgk) La quantitat de calor que és necessari comunicar a una substància per a què canviï d estat una vegada ha arribat a la temperatura a la que es produeix, depèn de la substància i de la seva massa. Q = m L Unitats L (cal/g o j/kg)