ERMODINÁMICA descrpcón de la matera a nvel MACROSCÓPICO propedades de un sstema y sus nterrelacones cambos íscos y químcos que sure 25 C Zn CuSO 4 ZnSO 4
Aplcacones prncpos prncpos prncpos E R M O D I N Á M I C A Interconversón de derentes ormas de energía Balances energétcos Drecconamento de los procesos 80 C 20 C 20 C<<80 C
Lmtacones prncpos prncpos prncpos E R M O D I N Á M I C A propedades a nvel mcroscópco, propedades atómcas de la matera velocdad de los procesos, reaccones, etc. termodnámca cnétca
Conceptos prelmnares y temas a desarrollar Sstemas termodnámcos Propedades de los sstemas Estados del sstema y procesos rabajo y calor, ormas de energía emperatura Prncpos termodnámcos
Sstemas termodnámcos Qué es un sstema termodnámco? sstema + Es una porcón del unverso aslada para su estudo por paredes (límtes, rontera) íscas o magnaras = unverso medo ambente/ entorno Aquello que rodea al sstema e nteraccona drectamente con él Clascacón de los sstemas termodnámcos Se basa en la permeabldad, capacdad conductva de calor y rgdez de sus paredes, permtendo o no el lujo de: matera (Z), calor (Q) trabajo (W)
Sstemas abertos: Al menos una porcón de sus paredes es permeable (porosa) Pueden ntercambar Z ambén Q y W O 2, CO 2, H 2 O Sstemas cerrados: No pueden ntercambar Z Pueden ntercambar Q y W enen paredes datérmcas (vdro, metales)
Sstemas adabátcos: No pueden ntercambar n Z n Q Pueden ntercambar W enen paredes adabátcas (malas conductoras de calor) Sstemas aslados: No pueden ntercambar n Z, n Q n W UNIERSO
Propedades de los sstemas Descrben al sst: estado de agregacón, dureza, composcón, presón, masa, volumen, etc. Propedades, coordenadas o uncones termodnámcas Son aquellas propedades D medbles que representan a nvel macroscópco el comportamento estadístco de las partículas/moléculas que conorman el sstema a nvel mcroscópco Clascacón de las propedades termodnámcas Etensvas: Dependen del tamaño del sstema: masa, volumen, capacdad caloríca, etc. prop prop total prop
Intensvas: No dependen del tamaño del sstema: presón, temperatura, densdad, volumen especíco, etc. prop prop total prop Pueden obtenerse a partr del cocente de propedades etensvas. Ej.: masa densdad volumen molar m n volumen volumen volumen especíco v m cantdad de sustanca en moles Dan normacón sobre la naturaleza de un sstema volumen masa (en g)
Estados del sstema y procesos Estado de equlbro termodnámco: Cuando las propedades termodnámcas toman un valor dendo y constante en el tempo. p = p atm us, p, valores dendos En cambo. vacío??? p??? Camban contnuamente no están en eq. D
eq.d eq. mecánco eq. materal eq. térmco En eq. D no se presentan lujos de masa/energía Ecuacón de estado: Ej.: Relacona las propedades termodnámcas en el equlbro n, p,, genércamente p Rn (, p) p R R p varables termodnámcas análogamente uncón termodnámca o uncón de estado (solo depende del estado del sstema y no de su hstora) p g(, ) h(, p) propedades de las uncón de estado???
p, presón Dagrama de estado Gráco donde se representan los estados de equlbro de un sstema. trdmensonal: sotermas sobaras p,, varables D del sstema
Bdmensonal, mantenendo una varable constante (para un dado n) p crecente sotermas p 1 Rn cte sotermas s es cte p es hperbólco con sotermas curvas cada punto de estos dagramas de estado representa un estado de equlbro termodnámco del sstema
Con un razonamento smlar.. p decrecente socoras p Rn cte s es cte p es lneal con socoras rectas p decrecente sobaras Rn p cada punto de estos dagramas de estado representa un estado de equlbro termodnámco del sstema cte s p es cte es lneal con sobaras rectas
Evolucón o cambo de estado Es el pasaje de un estado de equlbro ncal () a otro estado de equlbro nal (). p n,, p, n,, p > p, <??? p p estado??? estado Cuasestátco: El sstema va de un estado de eq. D ncal a otro nal pasando por una sucesón de estados de eq. D ntermedos. No cuasestátco: El sstema va de un estado de eq. D ncal a otro nal de orma brusca, con turbulencas y gradentes térmcos
Ejs.: p p estado Las varables D varían de orma nntesmal respecto del estado anteror p estado compresón sotérmca cuasestátca de un gas deal p??? no adopta valores dendos p p estado estado compresón sotérmca de un gas deal por una p et constante p
area: Investgar cuáles son los procesos nversos a los precedentemente enuncados. Cíclcas: El sstema regresa al estado ncal estado nal = estado ncal Abertas: El sstema no regresa al estado ncal estado nal estado ncal Proceso: Es la operacón que hay que hacer para que se produzca un cambo de estado. Hasta ahora vmos: compresón sotérmca cuasestátca de un gas deal compresón sotérmca de un gas deal por una p et constante
En las prómas clases. veremos: calentamento/enramento cuasestátco a p cte calentamento/enramento no cuasestátco a p cte calentamento/enramento cuasestátco a cte calentamento/enramento no cuasestátco a cte cambos de ase a p y ctes. epansón contra el vacío de un g.. epansón/compresón adabátca cuasestátca de un g.. epansón/compresón adabátca de un g.. contra/por una p et cte. reaccón químca llevada a cabo a p y ctes.
rabajo y calor, ormas de energía Los sstemas camban de estado al ntercambar energía con el m.a. rabajo, W Dencón Es la energía ntercambada entre el sst y el m.a. que se traduce completamente en un eecto de tpo mecánco sobre el m.a. Según la Mecánca Clásca: dw F d W dw F d No es una uncón D del sst movmento contra una uerza opuesta Undades: J, erg F aparece cuando este una derenca entre una prop. ntensva del sst y el m.a. depende de la trayectora/proceso
Convencón de sgnos W es una cantdad algebraca W 0 sst. hace trabajo sobre el m. a. sstema W 0 m.a. hace trabajo sobre el sst Derentes tpos de trabajo no epansonal o neto: eléctrco, químco, supercal, etc. epansonal??? rabajo epansonal, W ep : Es el asocado al cambo de volumen que sure un sstema contra la accón de una presón.
dw F dl p ep et A dl F p A et dw p A dl ep et sst d A sst sstema A dl dw ep pet d W ep petd Habrá W ep p et p et d 0 dw ep 0 el sst se epande, hace W sobre el m.a. d 0 dw ep 0 el sst se comprme, recbe W del m.a. p p et (derenca de esta prop ntens. entre sst y m.a.) p epansón p compresón
Cálculo de W ep en derentes procesos epansvos p p et p pet dp p p et p p p et procesos cuasestátcos procesos no cuasestátcos 1) Epansón sotérmca de un g contra p et cte (no cuasestátca) estado estado p p producda por las dos pesas et -el proceso comenza al retrar una de las pesas -durante todo el proceso p p cte et p p et producda por la pesa que quedó
Cálculo: Wep petd W p d ep et pet W p ep Representacón de la evolucón p et cómo ue p et durante el proceso? 0 W ep 0 Representacón del W ep p et cte el sst hace W sobre el m.a. p p Superponendo ambos grá. p p p =p et W ep p et W ep
2) Epansón sotérmca cuasestátca de un g estado estado en todo momento: Cálculo: cómo ue p et durante el proceso? el proceso comenza al retrar una mnpesa p p p cte p et et generada por las mnpesas remanentes por ser g.. por ser = cte Wep petd pd nr d nr d W nr ep ln
W nr ep ln ln 0 W ep 0 el sst hace W sobre el m.a. Gracando p p p W ep W p d p d ep et
Comparando los W ep de ambos procesos (1 y 2) dw cuasestátco p p dp et no cuasestátco p p p p ep p p p ep dw ep pet d cuas pd dwep, nocuas p p d > ep, W ep hecho en orma cuasestátca es MÁXIMO et Comparando grácamente p p p p W ep p =p et p W ep
area para el hogar: Hacer esquema del proceso, cálculos y grácos para la 3) compresón sotérmca cuasestátca de un g.. y 4) compresón sotérmca de un g.. por una p et cte.
Calor Dencón Es la energía ntercambada entre un sst. y su medo ambente por accón de una derenca de temperaturas (prop ntensva) entre ambos. No es una uncón D del sst depende de la trayectora/proceso Convencón de sgnos Q es una cantdad algebraca Q 0 Q 0 sst recbe calor del m.a. proceso endotérmco sst entrega calor al m.a. proceso eotérmco sstema
Cálculo Procesos de calentamento/enramento de un sstema Se basan en las dencones de: C Capacdad caloríca de un sstema, C prop. etensva dq dq C d Q C d d Ej.: capacdad caloríca de un calorímetro C s C cte en ( ; ) Q C und. C = cal/ C ó cal/k Capacdad caloríca molar de una sustanca, C prop. ntensva dq dq nc d Q nc d nd n moles und. C Ej.: capacdad caloríca molar del agua:. s C cte en ( ; ) Q nc = cal/mol C ó cal/kmol
Calor especíco, c esp prop. ntensva dq cesp dq mcesp d Q mcesp d md masa en g Ej.: calor especíco del agua:. s cte en ( ; ) c esp und. Q mc esp = cal/g C ó cal/g K c esp Cambos de ase Calor latente de cambo de ase, l l Q m Q l m und. l = cal/g
Equvalente mecánco del calor, p, W Ambos sst. epermentaron el msmo cambo de estado Q >, p, El Q generó en el sstema un eecto equvalente al del W Pudo establecerse que: 1 cal = 4,184 J 1 cal: cantdad de calor necesara para elevar la temperatura de un g de agua desde 14,5ºC a 15,5ºC a una presón estándar de 1 atm.
A B y A A, y B B, y B B, y A A, A B A y B alcanzan el equlbro térmco pared datérmca rígda LEY O PRINCIPIO CERO DE LA ERMODINÁMICA A B y A A, y B B, C B y B B, y C C, A C y A A, y C C, emperatura enen en común la propedad termodnámca: temperatura S dos sstemas están en equlbro térmco con un tercero, estarán en equlbro térmco entre sí. ermometría, y: propedades termométrcas
Escalas termométrcas Celsus o centígrada Absoluta del gas deal emperaturas termodnámcas Celsus o centígrada Propedad termométrca longtud (l) de una columna de líqudo en un caplar (alcohol, mercuro) Puntos jos usón de agua a 1 atm (l 1 ), se le asgna = 0 C ebullcón de agua a 1 atm (l 2 ), se le asgna = 100 C Funcón termométrca t C C l l 1 ( ) 100 l l 2 1
Absoluta del gas deal Propedad termométrca Punto jo volumen ocupado por un gas a bajas presones: (Ley de Charles y Gay-Lussac) punto trple (P) del agua, = 273,16 K Funcón termométrca ( K) 27316, K. lm p0 P Relacón entre ambas escalas t( C) ( K) 273, 15 Celsus Absoluta gas deal 99,975 C punto ebull 373,125 K ( K) t( C) 273, 15 0,01 C 0,0002 C punto trple 273,16 K punto usón 273,15 K emperatura termodnámca Escala absoluta del gas deal lo veremos más adelante
Conclusones sobre Q y W Q y W son ormas de transerenca de energía El ntercambo de Q /W que realza un sstema se evdenca por eectos en el m.a. A nvel molecular: -en el ntercambo de W hace uso de movmentos ordenados de átomos que se evdencan en escala macroscópca con el movmento de un cuerpo, electrones, etc. -en el ntercambo de Q, se hace uso del movmento molecular caótco del medo (movmento térmco) Se pueden dar procesos que generen el msmo cambo de estado a través de sólo Q, sólo W o ambos. Q y W no son uncones de estado, dependen de la trayectora