mapa de termo 3.1

la primera ley de la termodinámica

Son intercambios energéticos que tienen lugar como consecuencia de las interacciones que pueden experimentar los sistemas termodinámicos. Tanto el calor como el trabajo son manifestaciones externas de la energía y únicamente se evidencian en las fronteras de los sistemas y solamente aparecerán cuando estos experimenten cambios en sus estados termodinámicos. En las interacciones que experimentan los sistemas, estos pueden recibir o ceder energía. La energía se considera como una magnitud algebraica estableciéndose el siguiente criterio: trabajo que proporciona el sistema positivo y el que recibe negativo. Así mismo, el calor suministrado al sistema se considera positivo y el cedido por él negativo.

interacciones de energía y trabajo

TRABAJO

Definición mecánica de trabajo.

Es el producto de una fuerza por la distancia recorrida en la dirección de la fuerza.

En Termodinámica esta definición no enlaza los conceptos de sistema, propiedad y proceso. Por tanto es necesario definir trabajo termodinámicamente.

TRABAJO DE UN SISTEMA

Consideremos un arreglo cilindro-pistón que encierra una cierta masa de gas que ejerce presión sobre la cara del pistón de superficie A. Si el pistón se desplaza hacia la izquierda debido a la aplicación de una fuerza F externa se dirá que los alrededores ejercen trabajo sobre el gas y su valor infinitesimal será:

CALOR

Es la forma de energía que se transmite a través del límite de un sistema que está a una temperatura a otro sistema (o al medio exterior) a una temperatura mas baja debido a la diferencia de temperatura entre los dos sistemas.

La cantidad de calor transmitida cuando el sistema queda sometido a un cambio de estado del estado 1 al estado 2, depende de la trayectoria que siga el sistema durante el cambio de estado.

En física se denomina energía a la capacidad que poseen todos los cuerpos para realizar un trabajo, acción o movimiento. Se trata de una propiedad física que no se crea ni se destruye, sino que se transforma en otro tipo de energía. Por ejemplo, la energía eléctrica se puede transformar en energía luminosa a fin de encender un bombillo.

En este sentido, la ley de conservación de la energía establece que, la energía que posee cualquier sistema físico se mantiene invariable en el tiempo hasta que se transforma en otro tipo de energía. Este es el fundamento del primer principio de la termodinámica, rama de la física que estudia la interacción del calor con otros tipos de energía.

La unidad de medida de energía definida por el Sistema Internacional de Unidades es el joule o julio (J).

Energia

energía potencial

La energía potencial es la energía que un objeto posee debido a su posición en un campo de fuerzas. También puede ser debido a la configuración de sus partes.

Esta forma de energía es una magnitud escalar cuya unidad de medida del Sistema Internacional de Unidades es el joule (J).

Esta forma de energía se asocia con las fuerzas que actúan sobre un cuerpo de tal manera que esto sólo depende de la posición del cuerpo en el espacio. Estas fuerzas pueden ser representadas por un vector en cualquier punto del espacio formando. Este vector se conoce como campo vectorial de fuerzas o campo de fuerzas.

tipos de energias pontenciales

Energía potencial gravitacional que depende de la posición vertical y de la masa de un objeto.

Energía potencial elástica de un muelle o de un elemento plástico. Es la capacidad que tiene un cuerpo de almacenar energía tensionando sus enlaces químicos.

Energía potencial eléctrica o electrostática de una carga en un campo eléctrico.

Energía potencial química. Esta forma de energía potencial se basa en la energía que posee las moléculas. Esta energía almacenada se libera o se absorve a través de las reacciones químicas.

La energía cinética a menudo se representa con el símbolo Ec (puede ser E+ o E–, dependiendo del caso), aunque a veces también se utilicen los símbolos T o K. Suele expresarse en Joules (J).

Es posible determinar la energía cinética de un objeto mediante diversas fórmulas en la mecánica clásica, tales como: Ec = (m.v2) / 2 donde m es la masa (Kg) del objeto y v su velocidad (m/s). Así, 1 J = 1Kg.1m2/s2.

La cinética, como cualquier otro tipo de energía, puede convertirse en calor y en otras formas de energía.

Fuente: https://concepto.de/energia-cinetica/#ixzz6diONSP7b

La física la define como la cantidad de trabajo realizado por todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo con una masa determinada, necesario para acelerarlo desde una velocidad inicial hasta otra velocidad final. Una vez alcanzada dicha velocidad, según la Ley de la inercia, la cantidad de energía cinética acumulada permanecerá constante, es decir, no variará, a menos que otra fuerza nuevamente actúe sobre el cuerpo, ejerciendo un trabajo sobre él, cambiando su velocidad y, por lo tanto, su energía cinética.

Fuente: https://concepto.de/energia-cinetica/#ixzz6diO0Inuw

La energía interna es el resultado de la contribución de la energía cinética de las moléculas o átomos que lo constituyen, de sus energías de rotación, traslación y vibración, además de la energía potencial intermolecular debida a las fuerzas de tipo gravitatorio, electromagnético y nuclear.

energia interna

energia cinetica

La entalpía es la cantidad de energía que un sistema termodinámico intercambia con su medio ambiente en condiciones de presión constante, es decir, la cantidad de energía que el sistema absorbe o libera a su entorno en procesos en los que la presión no cambia. En física y química, se suele representar esta magnitud con la letra H y se la mide en julios (J).

Entalpía en fenómenos químicos:

Entalpía de formación. Es la cantidad de energía necesaria para formar un mol de un compuesto a partir de sus elementos constitutivos en condiciones de presión y temperatura estándares, es decir, 1 atmósfera y 25º C.

Entalpía de descomposición. A la inversa, es la cantidad de energía absorbida o liberada cuando una sustancia compleja deviene en sustancias más simples.

Entalpía de combustión. Es la energía liberada o absorbida por la quema de 1 mol de sustancia, siempre en presencia de oxígeno gaseoso.

Entalpía de neutralización. Implica la energía liberada o absorbida siempre que una solución ácida y una básica se mezclen, es decir, cuando bases y ácidos se neutralicen recíprocamente

entalpia

Entalpía en fenómenos químicos:

Entalpía de formación. Es la cantidad de energía necesaria para formar un mol de un compuesto a partir de sus elementos constitutivos en condiciones de presión y temperatura estándares, es decir, 1 atmósfera y 25º C.

Entalpía de descomposición. A la inversa, es la cantidad de energía absorbida o liberada cuando una sustancia compleja deviene en sustancias más simples.

Entalpía de combustión. Es la energía liberada o absorbida por la quema de 1 mol de sustancia, siempre en presencia de oxígeno gaseoso.

Entalpía de neutralización. Implica la energía liberada o absorbida siempre que una solución ácida y una básica se mezclen, es decir, cuando bases y ácidos se neutralicen recíprocamente.

tipos de entalpia

formas mecanicas del trabajo

FORMAS MECÁNICAS DEL TRABAJO

Trabajo de flecha

La transmisión de energía mediante un eje rotatorio es una práctica muy común en la

ingeniería. Con frecuencia el momento de torsión T aplicado al eje es constante, lo cual

significa que la fuerza F aplicada también es constante. Para un determinado momento de

torsión constante, el trabajo hecho durante n revoluciones se determina así: una fuerza F

que actúa por medio de un brazo de momento r genera un momento de torsión T.

Esta fuerza actúa a lo largo de una distancia s, que se relaciona con el radio r mediante:

Trabajo de resorte

Se sabe que al aplicar una fuerza a un resorte, la longitud de este cambia. Cuando esta

longitud cambia en una cantidad diferencial dx bajo la influencia de una fuerza F, el

trabajo efectuado es:

Para determinar el trabajo total del resorte es necesario conocer una relación funcional

entre F y x. Para resortes elásticos lineales, el desplazamiento x es proporcional a la

fuerza aplicada. Es decir:

formas no mecanicas de trabajo

FORMAS NO MECÁNICAS DE TRABAJO

Trabajo eléctrico

Cuando tenemos un dispositivo, como una resistencia eléctrica, entre cuyos extremos

existe una diferencia de potencial y por el cual pasa una carga , se realiza un trabajo

sobre el sistema:

La cantidad de carga que pasa por un elemento de circuito en un tiempo se puede

obtener a partir de la intensidad de corriente

Trabajo magnético

Donde la fuerza generalizada es la intensidad del campo magnético y el desplazamiento

generalizado es el momento dipolar magnético.

Una ecuación análoga para el trabajo realizado al aumentar la magnetización de una

sustancia debido a un cambio en el campo magnético uniforme viene dada por

Dónde:

, es la intensidad del campo magnético

, es la magnetización por unidad de volumen

, es la permeabilidad del espacio libre

, es el volumen

ley de conservacion de la materia

La ley de la Conservación de la Materia, es también llamada ley de conservación de la masa o Ley de Lomonósov-Lavoisier, en honor a sus creadores.

Postula que la cantidad de materia antes y después de una transformación es siempre la misma. Es una de las leyes fundamentales en todas las ciencias naturales. Se resumen con la célebre frase: “nada se pierde, nada se crea, todo se transforma”.

La materia es el término general que se aplica a todo lo que ocupa espacio y posee los atributos de gravedad e inercia.

Fue elaborada independientemente por Mijaíl Lomonósov en 1745 y por Antoine Lavoisier en 1785. Esta ley es fundamental para una adecuada comprensión de la química. Está detrás de la descripción habitual de las reacciones químicas mediante la ecuación química. También de los métodos gravimétricos de la química analítica.

La única salvedad que hay que tener en cuenta son las reacciones nucleares, en las que la masa sí se modifica de forma sutil. En estos casos en la suma de masas hay que tener en cuenta la equivalencia entre masa y energía.

El calor específico es la propiedad que permite medir la cantidad de energía que una sustancia es capaz de almacenar. Dicho en palabras simples, es la cantidad de energía que se requiere para elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia.

Esta cantidad de energía cambia dependiendo de la forma como se ejecute el proceso. Así, si el proceso es a presión constante el calor específico tiene cierta medida y se le da el nombre de Calor específico a Presión constante o Cp (C sub “P”) y si el proceso se da a volumen constante el calor específico tiene otra medida y se le da el nombre de Calor específico a Volumen constante o Cv (C sub “v”).

Siempre es mayor el calor específico a presión constante Cp, que el Cv, ya que a presión constante el sistema puede expandirse por lo cual también se le debe suministrar la energía que corresponde al trabajo realizado en la expansión.

Puede hallarse una explicación más nutrida en textos de termodinámica para la deducción de Cv y Cp que vienen a continuación.

calor especifico

Cv

Cv=(∂u∂T)vCv=(∂u∂T)v

Esta ecuación implica, en pocas palabras, que el calor específico a volumen constante es el cambio en la energía interna respecto al tiempo. La v que se halla como subíndice al lado derecho del paréntesis significa que la ecuación es válida si el proceso es a volumen constante. Si vemos la ecuación diferencial en la forma:

CvdT=du, V→constanteCvdT=du, V→constante

observamos que justamente la energía que se adiciona al sistema y que aumenta la temperatura es justamente el cambio en la energía interna del sistema; y no es posible que sea otra, ya que al ser constante el volumen no puede haber trabajo que suponga una adición de energía que le corresponda.

Cp

La expresión correspondiente al Cp es:

Cp=(∂h∂T)pCp=(∂h∂T)p

la cual nos muestra que el calor específico a presión constante es igual al cambio en la entalpía respecto al cambio en la temperatura. La p al lado derecho del paréntesis indica que la presión es constante para el proceso al que se aplica.

Algo importante es notar que a medida que la temperatura cambia el calor específico también debe cambiar, tanto para Cp como para Cv. Algunas veces se toman como valores constantes para diferencias de temperatura pequeñas, pero en los textos ningún autor se compromete estableciendo un rango de diferencias que se pueda tomar como pequeño de modo que esto se deja a criterio propio