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Energía, calor y trabajo




Enviado por Pablo Turmero



Partes: 1, 2

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    ¿Por qué necesitamos saber esto?
    La Termodinámica es esencial para la física: nos permite estudiar
    maquinas termicas, transiciones de fase, agujeros negros…
    La Termodinámica es esencial para la química.
    Explica por qué las reacciones tienen lugar y nos permite
    predecir la cantidad de calor que liberan y el trabajo que
    pueden realizar.
    Forma parte de nuestras vidas, ya que el calor emitido
    por los combustibles al quemar y los recursos energéticos
    aportados por los alimentos que ingerimos, están gobernados
    por principios termodinámicos.
    ¿Qué conocimientos previos necesitamos?
    El concepto de energía y sus diversas formas de manifestarse.

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    Objetivos:

    Distinguir entre los diferentes tipos de sistemas químicos.
    Establecer y explicar las implicaciones del Primer Principio de
    la Termodinámica.
    Escribir una ecuación termoquímica.
    Distinguir entre energía interna y entalpía de un proceso, así como
    se mide cada una.
    Establecer y explicar las implicaciones del Segundo y Tercer
    Principios de la Termodinámica.
    Calcular la entalpía de reacción global en diferentes condiciones
    experimentales, la entropía estándar de reacción y la variación de
    energía libre de un proceso.
    Utilizar el cambio de energía libre para determinar la espontaneidad
    de un proceso a una temperatura dada.

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    El objeto de la Termodinámica es el estudio
    de la energía y sus transformaciones, entendida
    esta como la capacidad de un sistema para
    realizar un trabajo o para suministrar calor.
    Sistema y entorno
    SISTEMA
    ENTORNO
    ENERGÍA

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    Ejemplo: sistemas químicos
    Cuestión 1

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    En termodinámica, la descripción del estado de un sistema se realiza
    mediante los valores de determinadas propiedades macroscópicas
    denominadas variables termodinámicas, tales como p, V, T, m, …
    No todas estas variables son independientes, basta conocer los valores de un pequeño número de ellas para caracterizar el sistema. Estas variables
    independientes se denominan variables de estado.
    Toda función que pueda expresarse con ayuda de las
    variables de estado se denomina función de estado del sistema.

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    Funciones de estado
    Una función de estado es cualquier propiedad que tiene un único valor
    cuando el estado del sistema está definido.

    Una muestra de agua a 293,15 K y a la presión de una
    atmósfera está en un estado especificado.
    d = 0,99820 g/mL.
    Esta densidad es una función única del estado.
    No importa cómo se haya establecido el sistema.

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    Variación de la función de estado

    ?F
    F
    F = función de estado

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    Calor
    Calor es la energía que se intercambia entre un sistema y sus alrededores
    como resultado de una diferencia de temperaturas.

    El calor fluye desde el cuerpo más caliente hasta el cuerpo más frío:
    La temperatura puede experimentar una variación.
    El estado de la materia puede cambiar (proceso isotérmico).

    Calorías (cal):
    La cantidad de calor necesaria para variar un grado Celsius la
    temperatura de un gramo de agua.

    Julio (J):
    SI es la unidad de energía básica para el calor.

    1 cal = 4,184 J

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    Capacidad calorífica. C
    La cantidad de calor necesaria para modificar un grado la temperatura de un sistema.

    Capacidad calorífica molar:
    El sistema es un mol de sustancia. q = n x C x ?T

    Capacidad calorífica específica, c.
    El sistema es un gramo de sustancia. q = m x c x ?T
    (Gp:)

    (Gp:)

    Si ?T > 0 entonces q > 0 el sistema absorbe o gana energía en forma de calor.

    Si ?T < 0 entonces q < 0 el sistema cede energía en forma de calor a los alrededores.

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    Si aplicamos el principio de conservación de la energía:
    qsistema + qalrededores = 0

    qsistema = -qalrededores

    EL CALOR NO ES UNA FUNCIÓN DE ESTADO

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    Determinación del calor específico

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    Determinación del calor específico a partir de datos experimentales.
    (Gp:) qplomo = -qagua
    (Gp:) qagua = mc?T = (50,0 g)(4,184 J/g ºC)(28,8 – 22,0)°C
    (Gp:) qagua = 1,4×103 J
    (Gp:) qplomo = -1,4×103 J = mc?T = (150,0 g)(c)(28,8 – 100,0)ºC
    (Gp:) cplomo = 0,13 Jg-1°C-1

    Cuestión 2

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