CONSIDERACIONES TEORICAS Termodinámica

OBJETIVO

El alumno determinará con los datos obtenidos en el laboratorio el trabajo desarrollado en un Proceso Termodinámico.

CONSIDERACIONES TEORICAS

Termodinámica

La termodinámica estudia los procesos en los que se transfiere energía como calor (Q) y como trabajo (W), estas se encarga de estudiar las relaciones entre la energía y el calor que tienen lugar en los sistemas y relaciones entre las propiedades de equilibrio, sus leyes son aplicables a todos los fenómenos naturales. Se cumplen rigurosamente ya que están basadas en la conducta de los sistemas macroscópicos. Es importante notar que el tiempo no es una variable termodinámica, es decir, la termodinámica no considera el tiempo de transferencia. Su interés se centra en los estados inicial y final de un sistema sin mostrar ninguna curiosidad por la velocidad con la que se produce un cambio.

Las unidades de la energía eléctrica mecánica o térmica son el ergio, el joule y la caloría. Al hablar de termodinámica, con frecuencia se usa el término "sistema". Por sistema se entiende un objeto o conjunto de objetos que deseamos considerar. El resto, lo demás en el Universo, que no pertenece al sistema, se conoce como su "ambiente" o su alrededor.

Trabajo

Su definición en la vida cotidiana indica que es la medida del esfuerzo hecho por los seres humanos.

En física el trabajo es la fuerza realizada sobre un cuerpo equivalente a la energía necesaria para desplazar este cuerpo.

En el caso de un sistema termodinámico, el trabajo no es necesariamente de naturaleza puramente mecánica, ya que la energía intercambiada en las interacciones puede ser mecánica, eléctrica, magnética, química, etc. por lo que no siempre podrá expresarse en la forma de trabajo mecánico

De acuerdo a Beattie trabajo se define como cualquier cantidad que fluye a través del límite de un sistema durante un cambio de estado y que se puede utilizar para elevar un cuerpo en el medio externo. Algunos aspectos importantes de la definición:

-El trabajo solo aparecen las fronteras o límites del sistema.

-El trabajo solo aparece durante el cambio de estado

-El trabajo es igual a masa* gravedad *altura.

-Es positivo si h es positivo, y es negativo si el cuerpo ha descendido, es una cantidad algebraica.

Energía

La energía es un principio fundamental de la naturaleza, que acompaña todos los cambios y transformaciones. La forma más en la que esta aparece es él y hacia la cual tienden los demás, es el calor. Junto a este se produce la energía mecánica, eléctrica, química, radiante inherente a la luz visible y a la radiación en general. Tan diferentes pero relacionadas íntimamente entre sí.

∆E=q-w

Aquí entra la energía interna (o térmica) es la energía total de todas las moléculas del objeto, o sea incluye energía cinética de traslación, rotación y vibración de las moléculas, energía potencial en moléculas y energía potencial entre moléculas.

La energía total de un sistema se define como la suma de todas las contribuciones debidas a diferentes tipos de energía:

E= E cinética+ E potencial+ E interna+ E interface

Calor

El calor es una energía y en termodinámica es una cantidad que fluye a través de la frontera de un sistema durante un cambio de estado, en virtud de una diferencia de temperatura, T, entre el sistema y su medio externo y que fluye de puntos de alta temperatura a puntos de baja temperatura.

También podemos de finir calor como una función de proceso, una forma de energía que solo está definida sin ambigüedad en los procesos de sistemas cerrados. El contacto térmico permite la transferencia de calor, la única variación posible de energía de una fuente de calor es debida a la transferencia de calor.

El calor es positiva cuando en el proceso hay un aumento de energía interna superior al aumento debido a la energía transferida al sistema en forma de trabajo, en este caso se dice que el sistema absorbe calor. Cuando el calor es negativo se dice que el sistema cede calor.

Calor es una forma de energía al igual que el trabajo. Los dos son formas de energía transferibles. No son una propiedad del sistema.

El calor y el trabajo son energías de transito, y por lo mismo deben tener un sentido, luego es necesario ponerse de acuerdo en el signo que se le asigna a estas energías según el sentido del flujo.

Capacidad calorífica.

Se define como la energía necesaria para aumentar una unidad de temperatura de una determinada sustancia. Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. En general, la capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión.

Para medir la capacidad calorífica bajo unas determinadas condiciones es necesario comparar el calor absorbido por una sustancia (o un sistema) con el incremento de temperatura resultante. La capacidad calorífica viene dada por:

C= lim∆T→0 Q∆T

Donde: C es la capacidad calorífica, que en general será función de las variables de estado. Q es el calor absorbido por el sistema y ΔT la variación de temperatura que se mide en unidades del SI julios/K (o también en cal/°C).

La capacidad calorífica (C) de un sistema físico depende de la cantidad de sustancia o masa de dicho sistema. Para un sistema formado por una sola sustancia homogénea se define además el calor específico o capacidad calorífica específica c a partir de la relación:

C=Q∆T=c∙m

Donde: C es la capacidad calorífica del cuerpo o sistema, c es el calor específico o capacidad calorífica específica y m la masa de sustancia considerada

Contenido calorífico

Son los cambios térmicos a presión contante de un sistema, es una función de estado extensiva Y se define con la siguiente formula

H=

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