Q.F. Julio Daz Uribe*TEMA: Fundamentos de Termodinmica. Calor y temperatura. Sistema abierto, cerrado, aislado.Primer principio de la Termodinmica.Segundo principio de la termodinmica. Entropa. Energa libre de Gibbs.

2015-2*PROPIEDADES FSICAS QUE SE DEBEN RECORDAR: INTENSIVASTemperaturaPresin DensidadIndice de refraccinViscosidad Tensin superficialPotencial elctricoEXTENSIVASVolumenrea Masa Energa Dependede la cantidadde materiaCaracterstico de cada sustancia independiente de la cantidad

La Termodinmica es el estudio de la relacin entre calor, trabajo y energa2015-2*

2015-2*EL HOMBRE COMO SISTEMA INTEGRADOSISTEMA CAPAZ DE TRANSFORMAR UNA FORMA DE ENERGA EN OTRA.TRABAJO MECNICOLIBERACIN DE CALORENERGA QUE PROVIENE DEL ALIMENTO+

2015-2*MASA CORPORAL DE UN HOMBRE ADULTOEL AGUA REPRESENTA CASI EL 60% DE LA MASA CORPORAL TOTALEl ser humano esta constituido por 1014 CELULAS (cien billones de clulas diferentes en mayor o menor grado de diferenciacin)todas esas clulas comparten alguna caracterstica: estar separados por una membrana, la membrana plasmtica El sistema Hombre recibe energa del exterior, es decir del medio ambiente y maneja en su interior un flujo continuo de informacin codificada en diversos tipos de seales (qumicas elctricas mecnicas) que permiten que todas las clulas (1014 ) funcionen como una red integrada y coherente.

CALOR: Forma de energa que depende del movimiento molecular, se expresa en Caloras.

TEMPERATURA: Es una expresin de la intensidad de calor . Se mide con un termmetro.

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2015-2*Calora se puede expresar tambin en L.Atm : Tambin es una expresin de trabajo y tiene su equivalente en Joules.ACLARACIN: Qu es Calora?18C19C1gramo de agua1gramo de agua

2015-2*Calora es la cantidad de calor que necesita un gramo de agua para elevar su temperatura en 1 grado.ste ltimo puede ser Celsius o Kelvin Y tiene sus equivalentes en trminos de Joules y de Litros x Atmsferas. 1cal = 4,18 JoulesL . atm = 24,23 cal

Sistema: Porcin de Universo o de una cantidad de materia que se desea estudiar.Medio ambiente o entorno: Lo que rodea al sistema.Sistema Aislado: No se intercambia materia ni energa.Sistema Abierto: Existe intercambio de materia y energa.Sistema Cerrado: No hay intercambio de materia pero si de energa

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2015-2*LA ENERGA Y SUS DIVERSAS FORMASLA ENERGA QUMICA ESTA CASI EN EL CENTRO DEL ESQUEMA SOBRE LA ENERGA MECNICA

2015-2*TRANSMISIN DEL CALOR CONDUCCIN: ES LA TRANSMISIN DE CALOR QUE SE TRANSFIERE A TRAVS DE LOS CUERPOS SLIDOS Y EN UN MOMENTO DADO EN LOS LQUIDOS Y GASES Dependiendo de la constitucin atmica del material la transmisin es ms o menos mayor. Los metales por ejemplo son buenos conductores trmicosLos aislantes trmicos son: Corcho, madera, porcelana, aire, hielo, lana, papel, etc

2015-2*CONVECCIN: TRANSMISIN DE CALOR A TRAVS DE FLUIDOS, MEDIANTE CORRIENTES DE LAS ZONAS MS CALIENTES A LAS ZONAS MS FRAS. DICHAS CORRIENTES SE DENOMINAN CORRIENTES DE CONVECCIN CONDUCCINCONVECCIN

2015-2*RADIACIN : ES LA TRANSMISIN DE CALOR A TRAVS DEL VACO Elevacin de Temperatura El calor que nos llega del sol se debe a este mismo proceso, ya que entre el sol y la tierra existe un vaco. LAS ONDAS DE RADIO, LA LUZ LOS RAYOS X ETC, SON ONDAS ELECTROMAGNTICAS CAPACES DE PROPAGARSE EN EL VACO

2015-2*CAPACIDAD TRMICA(Capacidad Calorfica) 100 Cal 100 Cal.T1=20CAB40C30CCc = QTCcA = 100cal(40-20)CCcA = 5 Cal gradoCcB = 100cal(30-20)CCcB = 10 Cal grado

2015-2*Cuanto mayor sea la capacidad trmica de un cuerpo, tanto mayor ser la cantidad de calor que debemos proporcionarle para producir un aumento en su temperatura y si su temperatura desciende, tambin ceder ms calor LA VARIACIN EN GRADOS CELSIUS ES IGUAL A LA VARIACIN EN GRADOS KELVIN POR LO TANTO EN EL DENOMINADOR SE EST COLOCANDO SIMPLEMENTE GRADO AUNQUE PUEDE SER INDISTINTO

2015-2*CALOR ESPECFICOCc1 = Cc2 = Cc3 m1 m2 m3Ce=Capacidad calorficamasa del cuerpoEl calor especfico es caracterstico de cada material y vara con el estado en el cual se encuentraEl mismo material diferente masa

2015-2* CALORES ESPECFICOSSustancia Ce (Cal/ gramo.grado)Agua 1,00Hielo 0,55Vapor de agua 0,50Aluminio 0,22Vidrio 0,20Hierro 0,11Latn 0,094Cobre 0,093Plata 0,056Mercurio 0,033Plomo 0,031 El agua lquida les gana a los metales?Si, por ellonecesita ms calor para elevar su Temperatura

2015-2*CLCULO DEL CALOR ABSORBIDO O EMITIDO POR UN CUERPOCc = QTCe=Capacidad calorfica (Cc)masa del cuerpo (m)Capacidad calorfica(1)DESPEJANDO Cc Y DESPEJANDOQ EN 1Q = m.Ce. T

2015-2*Ejemplo 1: 200 gramos de agua a 20C necesitan ser calentadas hasta 40C Cuntas caloras se debe adicionar al sistema? Aplicando la anterior frmula y tomando en consideracin el calor especfico del AguaQ = m.Ce. T200 g . 1cal. (40 - 20) grado g. gradoQ = Q = 4 000 CalQ = 4 KCal

2015-2*TRANSFERENCIA DE ENERGATENEMOS DOS FUENTES A DIFERENTES TEMPERATURAS, SI LAS PONEMOS EN CONTACTO EL CALOR PASA DE LA FUENTE DE MAYOR TEMPERATURA A LA DE MENOR TEMPERATURAQGANADO + Q PERDIDO = 0HASTA ALCANZAR UN EQUILIBRIO TRMICO

2015-2*Cmo?Ejemplo 2. 40 mL de agua a 20C se mezclan con 60 mL de agua a 80C. Cul ser la temperatura de equilibrio-Q Perdido = Q Ganado -m1 x Ce x (Tf-To1) = m2 x Ce x (Tf-To2) El calor especfico del agua es prcticamente la definicin de calora CeH2O = 1Cal Gramo x grado

2015-2*Reemplazando:-60g x 1cal x (Tf-80C) = 40g x 1cal x (Tf-20C) g . grado g . grado-60 x (Tf-80C) = 40 x (Tf-20C)-60 Tf+4800C = 40 Tf-800C-60 Tf -40 Tf = -800C -4800C -100Tf = -5600C Tf = 56C

2015-2*Ejemplo 3. A un individuo de 75 Kg.,con Hipertermia a 39,5C y atravesando un proceso infeccioso, se le administra un antipirtico de tal manera que disminuye su temperatura al cabo de un tiempo hasta 37C.Si la masa corporal humana tiene un 65 % en peso de agua y asumiendo que la prdida de calor depende de la cantidad de masa acuosa, qu cantidad de caloras deben desalojarse Masa de Agua en el individuo0,65 x 75 = 48,75 Kg.= 48 750 gAplicandoQ = m.Ce.tQ = 48750g x 1cal x (37 - 39,5) grados g.gradoQ= - 121 875 calQ= - 121,875 KcalCalor perdido

Es un cambio de estado en el cual se especifica cada uno de los estado intermedios. Los ms conocidos:IsotrmicoIsobricoIsocrico o IsomtricoAdiabticoReversibleCclico

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2015-2*LEY CERO DE LA TERMODINMICA ..dos sistemas en equilibrio trmico, se encuentran en equilibrio trmico entre s...

P1, V1

P2, V2

P1, V1 P2, V2

Fluidos, 1 y 2 aislados y en sendos recipientes adiabticosContacto por una pared diatrmica, de paredes adiabticas

Conocido tambin como Principio de conservacin de la energa :La Energa no se crea ni se destruye slo se transforma2015-2*

U = Q - T U =Incremento de energaQ: (+), cuando el sistema absorbe calor (Proceso Endotrmico)Q: (-), cuando el sistema cede calor se cede calor (Proceso Exotrmico)T: (-) Trabajo realizado sobre el sistema T: (+) Trabajo realizado por el sistema

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2015-2*Ejemplo 4:Supongamos que un sistema pasa a otro intercambiando energa con su entorno (vecindad)A)El sistema absorbe 100 cal y realiza un trabajo de 47,78 calU = Q - TAbsorbe : +100calRealiza trabajo el sistema : +47,78calU = 100cal - (+47,78cal)U = 52,22caloU = 218,56 J

2015-2*B)El sistema absorbe 100cal y sobre l se realiza un trabajo de 47,78 U = Q - TAbsorbe :+100calTrabajo sobre el sistema : -47,78calU = 100cal - (-47,78cal)U = 147,78caloU = 618,53 J

2015-2*C)Cuando el sistema libera 100cal al medio externo o vecindad y sobre l se realiza un trabajo de 47,78 cal U = Q - TLibera : -100calTrabajo sobre el sistema : -47,78calU = -100cal - (-47,78cal)U = -52,22caloU = -218,56 J

Es una medida directa del desorden de un Sistema. A medida que aumenta el desorden de un sistema mayor ser la entropaS slido < S Lquido < S GasEjemplos de procesos con incremento de S : Fusin, Evaporacin y Disolucin2015-2*

La Entropa del Universo aumenta en un Proceso Espontneo y se mantiene constante en un proceso en equilibrioReaccin Espontnea: Ejemplo:el flujo del calor es unidireccional; desde lo cuerpos a T ms altas a aquellos de T ms baja2015-2*

2011*LA ENERGA DEL UNIVERSO PERMANECE CONSTANTETODO TRABAJO PUEDE TRANSFORMARSE EN CALOR, PERO NO TODO EL CALOR PUEDE TRANSFORMARSE EN TRABAJO, YA QUE UNA PARTE DE EL CALOR ELABORADO EN UN PROCESO TIENDE A DISIPARSE Y NO VUELVE ESPONTNEAMENTE AL SISTEMAES DECIR ALGUNOS PROCESOS SON IRREVERSIBLES Y PUEDEN OCURRIR ESPONTANEAMENTE.AQU HAY UN CONCEPTO MUY TIL QUE SE DENOMINA ESPONTANEIDADEnerga libre de Gibbs GEs una variable de estado que combina la entropa y la entalpa (se mide el calor liberado por un sistema)y tiene las mismas unidades que ellas Se utiliza para predecir si una reaccin es espontnea o est en equilibrio Est definida como G = H -TS

2015-2*ENERGA LIBRE DE GIBBS Y LA CAPACIDAD DE TRABAJO: G Es la energa que se libera en forma de trabajo til, que puede ser en un cambio de estado, en un gas, en un lquido, o slido o en un conjunto de reacciones G = H - T SEnerga LibreEntalpa(Presin Constante)Temperatura absolutaEntropa

2015-2*Qumica para bilogos

2015-2*G: +ESPONTNEANO ESPONTNEAEQUILIBRIOG: -G: 0

Ejemplo 5 :A partir de los valores de H y S, prediga cules de las sgtes reacciones seran espontneas a 25 CReaccin A : H=10,5 kJ , S = 30 J/K

Reaccin B : H= 1,8 kJ , S = -113 J/K2015-2*

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