Termodinámica

1. Termodinámica Ciencia macroscópica que estudia las relaciones entre las diferentes propiedades de equilibrio de un sistema y los cambios en las propiedades de equilibrio de un proceso. Palabras griegas: calor y potencia: Ciencia que estudia el calor, el trabajo, la energía y los cambios que ellos producen en los estados del sistema.

2. MEDIO AMBIENTE PARED O LIMITE SISTEMA

3. a) Permeables b) Impermeables c) Adiabáticas d) Diatérmicas 1.- PAREDES 2.- SISTEMAS a) Abierto b) Cerrado c) Aislado

4. 3.- PROPIEDADES TERMODINÁMICAS Caracteristicas medibles y son necesarias para caracterizar al sistema. PROPIEDADES INTENSIVAS Y EXTENSIVAS

5. ESTADO DE UN SISTEMA Los valores que tienen las propiedades de un sistema determinan el “estado de un sistema”. El estado de un sistema queda determinado al fijar los valores de algunas de las propiedades . CAMBIOS DE ESTADO Cuando ocurre un cambio en alguna propiedad intensiva Estado Inicial Estado Final

6. PROCESO Camino recorrido Estado Final Estado Inicial “Un cambio de estado para quedar completamemente caracterizado, no requiere información relativa a los estados intermediarios por lo que pasa el sistema”

7. PROCESOS a) Isotérmico b) Isobárico c) Isocórico d) Adiabático e) Irreversible o espontáneo f) Reversible

8. Concepto de Trabajo y Energía Teorema de Trabajo y Energía: Basado en: dW = Fx dx y Energía mecánica Postula: K = ½ mv2 Energía Cinética W = D K = K2 - K1 Trabajo realizado sobre una partícula por la fuerza que actúa sobre ella es igual a la variación de la energía cinética de la partícula. Emecanica= K + V Energía Potencial (V)

9. l Sistema X Trabajo dW = FXdX P = F/A dW = P A dX dW = P dV Sistema cerrado, proceso reversible

10. Calor Caloría: cantidad de energía que se necesita para elevar la temperatura de 1 g de agua en 1 º C.

12. Primera Ley de la Termodinámica Energía interna: U E = K + V + U E = U Sistema en reposo en ausencia de campos externos Existe una función de estado extensiva llamada energía, tal que para cualquier proceso en un sistema cerrado se cumple: Primera Ley DE = Q + W

13. Sistema en reposo en ausencia de campos externos DU = Q + W U: Función de estado DU : U2 – U1

14. Convenio de Signos MEDIO AMBIENTE W < 0 W > 0 SISTEMA Q < 0 Q > 0

15. Entalpía H = U + PV Utilizando el concepto de Entalpía y la primera Ley de la Termodinámica A P cte DH =QP A V cte DU =QV

16. Capacidades Caloríficas Propiedad que mide la cantidad de energía que se debe añadir a una sustancia para producir un aumento dado de su temperatura.

17. A P cte. • CP = dqp • dT • dQP = dH CP = H • T • A V cte. • CV = dqv • dT • dQV= dU CV = U • T P V

18. Capacidad Calorífica Molar A P cte CP,m = CP n A V cte CV,m = CV n A.- Gases monoatómicos CV = 3/2 R CP = 5/2 R B.- Gases diatómicos CV = 5/2 R CP = 7/2 R

19. Gas perfecto a) PV = nRT b) U =0 V T dU = CV dT U = U (T) dH = CP dT H = H (T) CP - CV = nR CP,m - CV,m = R Primera ley aplicada a gases perfectos Gas ideal PV = nRT H = U + PV = U + nRT

20. Aplicaciones de la primera ley a los gases perfectos • 1.- Proceso cíclico • DU, DH = 0 • Q, W  0 2.- Proceso isotérmico ( T constante) DU, DH = 0 Q = W (signos) 2.1 Reversible dW = - P dV P = nRT/V dW = - nRT dV/V = W = -nRT  dV/V = - nRT Ln V2/V1 - nRT Ln P1/P2

21. 3.- Proceso reversible a P constante ( Isobárico) DU = Q + W W = - P  dV Q = QP = DH dQP = CP dT = QP = CP  dT = n CP,m  dT 2.2 Contra una presión externa igual a la presión final dW = - P dV = W = - P  dV = W = - P (V2 – V1)

22. 4.- Procesos reversibles a volumen constante (isocórico) DU = Q + W W = - P  dV = 0 DU = QV dQV = CV dT = QV = CV  dT = n CV,m  dT = DU DH = DU + D PV DH = DU + PDV + VDP + DVDP DH = DU + VDP 5.- Proceso reversible adiabático DU = Q + W Q = 0 DU = W W = - P  dV DU= CV  dT = DU= CV (T2 - T1) = n CV,m (T2 - T1) = W

23. DU = W CV  dT = -P  dV = -nRT  dV = - nRT Ln V2/V1 n CV,m  dT = - nRT Ln V2/V1 CV,m  dT/T = R Ln V1/V2 CV,m Ln T2/T1 = R Ln V1/V2 Ln T2/T1 = Ln (V1/V2) R/C,vm DH = DU + D(PV) = DU + nRDT

24. Ejercicios • 1.- 1 mol de He a 100 ºC y 1 atm se calienta hasta los 200 ºC según los siguientes procesos: • Colocándolo en una fuente térmica a 200 ºC hasta que alcance el equilibrio manteniendo P cte. • Idem, pero manteniendo V cte • En forma adiabática • Calcule W, Q, DU y DH

25. 2.- 1 mol de un gas perfecto a 4 atm experimenta una expansión a una temperatura constante de 26 ºC. La presión disminuye reversiblemente a 1 atm. Calcule los valores de ∆U, ∆H, W y Q.

26. 3.- Se tiene 1 mol de un gas ideal a 25 ºC y 1 atm en un volumen determinado. Si después de un determinado tiempo podemos observar lo siguiente: Un volumen tres veces mayor al inicial Una Temperatura distinta a la inicial Una Presión igual a 1 atm. Calcule Q, W, DU, DH

27. 4.- 1 mol de gas ideal monoatómico se encuentra en un estado inicial caracterizado por una P igual a 10 atm y un volumen de 5 L. Si este se expande isotérmicamente de manera reversible hasta un volumen de 10 L. Calcule W, Q, DU y DH.