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TERMODINÁMICA descripción de la materia a nivel MACROSCÓPICO
propiedades de un sistema y sus interrelaciones
cambios físicos y químicos que sufre 25°C
Zn
CuSO4
ZnSO4
Interconversión de diferentes formas de energía TERMODINÁMICA
principios
principios
principios
Aplicaciones
Balances energéticos
Direccionamiento de los procesos 80°C 20°C
20°C
dWexp,no cuas p p dV
Wexp hecho en forma cuasiestática es MÁXIMO Comparando p gráficamente pi
p i
pi f
pf
Wexp Vi
Vf
pf=pext
T V
xix x x xx x
f
Wexp Vi
Vf
T V
Tarea para el hogar: Hacer esquema del proceso, cálculos y gráficos para la 3) compresión isotérmica cuasiestática de un g.i. y 4) compresión isotérmica de un g.i. por una pext cte.
Calor
Definición Es la energía intercambiada entre un sist. y su medio ambiente por acción de una diferencia de temperaturas (prop intensiva) entre ambos. No es una función TD del sist depende de la trayectoria/proceso
Convención de signos Q es una cantidad algebraica Q 0 sist recibe calor del m.a. proceso endotérmico
Q 0 sist entrega calor al m.a. proceso exotérmico
sistema
Cálculo Procesos de calentamiento/enfriamiento de un sistema Se basan en las definiciones de: Capacidad calorífica de un sistema, C si C cte en (Ti;Tf)
prop. extensiva Tf
C
dQ dQ C dT Q C dT dT Ti
Q C T
unid. C = cal/°C ó cal/K
Ej.: capacidad calorífica de un calorímetro
Capacidad calorífica molar de una sustancia, C si C cte en (Ti;Tf)
prop. intensiva
C n° moles
Tf
dQ dQ n C dT Q nC dT Q nC T n dT T i
unid. C = cal/mol °C ó cal/Kmol
Ej.: capacidad calorífica molar del agua:………….
Calor específico, cesp si c esp cte en (Ti;Tf)
prop. intensiva
T
f dQ c esp dQ m c esp dT Q mc esp dT Q mc esp T m dT Ti unid. c esp= cal/g °C ó cal/g K masa en g
Ej.: calor específico del agua:………….
Cambios de fase Calor latente de cambio de fase, l
l
Q m
Qlm
unid. l = cal/g
Equivalente mecánico del calor Ti, p, V
W
Ambos sist. experimentaron el mismo cambio de estado
Q
Tf>Ti, p, V
El Q generó en el sistema un efecto equivalente al del W Pudo establecerse que: 1 cal = 4,184 J
1 cal: cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un g de agua desde 14,5ºC a 15,5ºC a una presión estándar de 1 atm.
Temperatura
xiA , y iA
xBi , yBi
A
pared diatérmica rígida
xfA , y fA
A
B
xBf , yBf
B
A y B alcanzan el equilibrio térmico Tienen en común la propiedad termodinámica: temperatura
LEY O PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINÁMICA
xfA , y fA
A
xCf , y Cf
C
xfA , y fA A
xBf , yBf xCf , y Cf B
xBf , yBf B
C
Si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercero, estarán en equilibrio térmico entre sí. Termometría x, y: propiedades termométricas
Escalas termométricas
Celsius o centígrada Absoluta del gas ideal Temperaturas termodinámicas
Celsius o centígrada Propiedad termométrica Puntos fijos
longitud (l) de una columna de líquido en un capilar (alcohol, mercurio)
fusión de agua a 1 atm (l1), se le asigna T = 0 °C ebullición de agua a 1 atm (l2), se le asigna T = 100 °C
Función termométrica
t x ( C) 100 C
l x l1 l2 l1
Absoluta del gas ideal Propiedad termométrica Punto fijo Función termométrica
volumen ocupado por un gas a bajas presiones: (Ley de Charles y Gay-Lussac) punto triple (PT) del agua, T = 273,16 K
Vx Tx (K ) 273,16 K. lim p 0 V PT
Relación entre ambas escalas
t ( C) T(K ) 273,15 T(K ) t ( C) 273,15
Celsius Absoluta gas ideal 99,975 °C punto ebull 373,125 K
0,01 °C punto triple
273,16 K
0,0002 °C punto fusión 273,15 K Temperatura termodinámica ≈ Escala absoluta del gas ideal lo veremos más adelante
Conclusiones sobre Q y W Q y W son formas de transferencia de energía El intercambio de Q /W que realiza un sistema se evidencia por efectos en el m.a.
A nivel molecular: -en el intercambio de W hace uso de movimientos ordenados de átomos que se evidencian en escala macroscópica con el movimiento de un cuerpo, electrones, etc. -en el intercambio de Q, se hace uso del movimiento molecular caótico del medio (movimiento térmico) Se pueden dar procesos que generen el mismo cambio de estado a través de sólo Q, sólo W o ambos. Q y W no son funciones de estado, dependen de la trayectoria