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8/18/2019 Cuestionario Previo #6 Termodinámica
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1. Escriba las ecuaciones empleadas para calcular la energía
transmitida como calor para variación de
temperatura y para cambio de fase.
Calor sensible
Se puede calcular en algunos casos simples:
• Si el proceso se efectúa a presión constante:
Qs = ΔH = mCp (t2− t1)En donde H es la entalpa del
sistema! m es la masa del cuerpo! C p es el calor especfico a
presi"n
constante (definido como la cantidad de calor re#uerida para
aumentar en un grado la temperatura
de la unidad de masa de un cuerpo a presi"n constante)! t2 es la
temperatura final $ t1 es la
temperatura inicial del cuerpo%
• Si el proceso se efectúa a &olumen constante:
Qs = Δ' = mC& (t2− t1)En donde C& es el
calor especfico a &olumen constante! $ ' representa la energa
interna del
sistema% os &alores de calor especfico &aran tami*n con
la temperatura amiente $ el estado
fsico de agregaci"n de las sustancias%
Calor latente
Q = m+onde es el calor de fusi"n o de e&aporaci"n $ m es la
masa #ue camia de estado%
La capacidad térmica específica
El calor especfico medio ( ĉ ¿
correspondiente a un cierto inter&alo de temperaturas
se define
en la forma:
ĉ = Qm ΔT
+onde Q es la transferencia de energa en forma calorfica en el
entre el sistema $ su entorno u
otro sistema! es la masa del sistema (se usa una n cuando se
trata del calor especfico molar) $
es el incremento de temperatura #ue e,perimenta el sistema%
El calor especfico (c) correspondiente a una temperatura dada se
define como:
c= lim ΔT →0
Q
mΔT =
1
m
dQ
dT
El calor especfico (c) es una funci"n de la temperatura del
sistema- esto es! c (.)% Esta funci"n es
creciente para la ma$ora de las sustancias (e,cepto para los
gases monoat"micos $ diat"micos)%
Esto se dee a efectos cu/nticos #ue 0acen #ue los modos de
&iraci"n est*n cuantiados $ s"lo
est*n accesiles a medida #ue aumenta la temperatura%Conocida la
funci"n! la cantidad de calor asociada con un camio de temperatura
del sistema
desde la temperatura inicial .i a la final .f se calcula
mediante la integral siguiente:
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Q=m∫Ti
Tf
cdT
En un inter&alo donde la capacidad calorfica sea
apro,imadamente constante la f"rmula anterior
puede escriirse simplemente como:
Q ≈ m c ∆ T
2. Defina la entalpia.Es una magnitud termodin/mica! simoliada
con la letra H! cu$a &ariaci"n e,presa una medida de
la cantidad de energa asorida o cedida por un sistema
termodin/mico! es decir! la cantidad de
energa #ue un sistema puede intercamiar con su entorno%En
palaras m/s concretas! es una funci"n de estado de la termodin/mica
donde la &ariaci"n
permite e,presar la cantidad de calor puesto en uego durante una
transformaci"n iso/rica (es
decir! a presi"n constante) en un sistema termodin/mico
(teniendo en cuenta #ue todo oeto
conocido puede ser entendido como un sistema termodin/mico)!
transformaci"n en el curso de lacual se puede reciir o aportar
energa (por eemplo la utiliada para un traao mec/nico)% En este
sentido la entalpa es num*ricamente igual al calor intercamiado
con el amiente e,terior al
sistema en cuesti"n%'sualmente la entalpa se mide! dentro del
Sistema 3nternacional de 'nidades! en ulios%El caso m/s tpico de
entalpa es la llamada entalpa termodin/mica% +e *sta! cae
distinguir la
funci"n de 4is! #ue se corresponde con la entalpa lire! mientras
#ue la entalpa molar es
a#uella #ue representa un mol de la sustancia constitu$ente del
sistema%
3. Diga qué es cada una de las siguientes entalpias: de
evaporación de fusión de sublimación de
solidificación y de condensación.a entalpa de &aporiaci"n o
calor de &aporiaci"n es la cantidad de energa necesaria para
#ue la
unidad de masa (5ilogramo! mol! etc%) de una sustancia #ue se
encuentre en e#uilirio con su
propio &apor a una presi"n de una atm"sfera pase
completamente del estado l#uido al estado
gaseoso% Se representa por ΔH&ap! por ser una entalpa% El
&alor disminu$e a temperaturas
crecientes! lentamente cuando se est/ leos del punto crtico! m/s
r/pidamente al acercarse! $ por
encima de la temperatura crtica las fases de l#uido $
&apor$a no coe,isten% 4eneralmente se
determina en el punto de eullici"n de la sustancia $ se corrige
para taular el &alor en condiciones
normales%a entalpa de fusi"n o calor de fusi"n es la cantidad de
energa necesaria para 0acer #ue un mol
de un elemento #ue se encuentre en su punto de fusi"n pase del
estado s"lido al l#uido! a presi"n
constante% Cantidad de energa #ue un sistema puede intercamiar
con su entorno% Es una
magnitud de termodin/mica (H)! cantidad de energa #ue se puede
intercamiar% .eora de lascolisiones'nidades: 567mol
a sulimaci"n! es el proceso #ue consiste en el camio de estado
de la materia s"lida al estado
gaseoso sin pasar por el estado l#uido% 8l proceso in&erso
se le denomina sulimaci"n in&ersa- es
decir! el paso directo del estado gaseoso al estado s"lido% 'n
eemplo cl/sico de sustancia capa
de sulimarse es el 0ielo seco%Calor de solidificaci"n: Cantidad
de calor #ue desprende la masa de un l#uido al solidificarse a
su
temperatura de congelaci"n%
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Calor de condensaci"n: Calor #ue es lierado por la masa de un
gas #ue se encuentra en su punto
de eullici"n al condensarse en un fluido%
!. Escriba el enunciado de la "rimera #ey de la $ermodin%mica
para un sistema cerrado su
e&presión matem%tica y diga el significado de cada uno de
sus términos.
a &ariaci"n de energa de un sistema termodin/mico cerrado es
igual a la diferencia entre lacantidad de calor $ la cantidad de
traao intercamiados por el sistema con sus alrededores%En su forma
matem/tica m/s sencilla se puede escriir para cual#uier sistema
cerrado:
∆ U =Q+W
+onde:∆ U es la variaci ó n del sistema
Q esel calor intercambiado por el sistema a trav é s de unas
paredes bien definidas
W es eltrabajointercambiado por el sistema a susalrededores
Sistemas aiertos'n sistema aierto es a#uel #ue tiene entrada $7o
salida de masa! as como interacciones de
traao $ calor con sus alrededores! tami*n puede realiar traao de
frontera%a ecuaci"n general para un sistema aierto en un
inter&alo de tiempo es:
Q+W +∑¿
m¿ (h+ 12 V 2+!)∈−∑out mout (h+1
2V
2+! )out =∆ U sistema
+onde:
in representa todas las entradas de masa al sistema%
out representa todas las salidas de masa desde el
sistema%
a energa del sistema es:
"sistema=U +1
2 m V
2+m!
a &ariaci"n de energa del sistema en el inter&alo de
tiempo considerado (entre t9 $ t) es:
∆ " sistema=∫t 0
t d"
dt dt
Sistemas aiertos en estado estacionario
El alance de energa se simplifica consideralemente para sistemas
en estado estacionario (tami*n
conocido como estado estale)% En estado estacionario se tiene
ΔEsistema = 9! por lo #ue el alance
de energa #ueda:
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Q−W +∑¿
m¿(h+ 12 V 2+!)∈−∑out mout (h+1
2V
2
+!)out =0
Sistema aislado
Es a#uel sistema en el cual no 0a$ intercamio ni de masa ni de
energa con el e,terior%
% E,pli#ue en #u* consiste el efecto 6oule%
Si en un conductor circula electricidad! parte de la energa
cin*tica de los electrones se transforma en
calor deido al c0o#ue #ue sufren los electrones con las
mol*culas del conductor por el #ue circulan
ele&ando la temperatura del mismo- este efecto es conocido
como efecto 6oule%
;a cantidad de energa calorfica producida por una corriente
el*ctrica! depende directamente del
cuadrado de la intensidad de la corriente! del tiempo #ue *sta
circula por el conductor $ de laresistencia #ue opone el mismo al
paso de la corriente;%
t! siendo
Q = energa calorfica producida por la corriente e,presada en
6ulios
3 = intensidad de la corriente #ue circula
> = resistencia el*ctrica del conductor
t = tiempo
'. (nvestigue en tablas de propiedades termodin%mica la entalpia
de evaporación del agua a 1.) 1.*
2.) 2.* y 3.) atmósferas y repórtela en las siguientes unidades:
+,tu-lbm +/-g y +0/-0g.
8tm"sferas ?tu73m 67g 5675g1%9 @A9%@B 2999 22%9
1% @A%D@ 22299 222%2%9 @B%1A 2291@99 2291%@
2% @D%9B 21199 211%
D%9 @D9%BDB 21D99 21D%
. ué diferencia 4ay entre un termo un vaso de De5ar y un
calorímetro6 7aga un esquema de
cada uno.
Fr/cticamente es mu$ parecido un &aso de +eGar $ un termo
amos su funci"n es proporcionar
aislamiento t*rmico! disminuir las p*rdidas de calor por
conducci"n! con&ecci"n o radiaci"n% 'tiliado
para almacenar l#uidos! fros o calientes $ un calormetro es un
instrumento #ue sir&e para medir las
cantidades de calor suministradasI o reciidasI por los sistemas%
Es decir! sir&e para determinar la
capacidad t*rmica especfica del sistema! as como para medir las
cantidades de calor #ue lieranI o
asorenI los sistemas
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8. ué instrumento se utili9a para medir el consumo de energía
eléctrica6
El &ati0ormetro! Gatt0ormetro! contador el*ctrico o medidor
de consumo el*ctrico
. ué es una fase y qué es un estado6
a fase es cada una de las partes macrosc"picas de una
composici"n #umica $ propiedadesfsicas
0omog*neas #ue forman un sistema% os sistemas monof/sicos se
denominan 0omog*neos! $ los #ue
est/n formados por &arias fases se denominan meclas o
sistemas 0eterog*neos%
Se dee distinguir entre fase $ estado de agregaci"n de la
materia% For eemplo! el grafito $ el
diamante son dos formas alotr"picas del carono- son! por lo
tanto! fases distintas! pero amas
pertenecen al mismo estado de agregaci"n (s"lido)% .ami*n es
frecuente confundir fase $ micro
constitu$ente- por eemplo! en un acero cada grano de perlita es
un micro constitu$ente! pero est/
formado por dos fases! ferrita $ cementita%
1). De qué propiedades termodin%micas dependen los cambios de
fase para una sustancia pura6
+e la temperatura! la presi"n $ el tiempo
