Post on 02-Oct-2015
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LA ENERGA Y SUS FORMAS
1. CALOR (q):
Es la energa transferida entre el sistema y su entorno, debido a que existe entre ambos una diferencia de temperatura.
Sistema: parte del universo que va a ser estudiado y para lo cual se le ponen lmites fsicos o imaginarios. Puede ser: Sistema abierto: intercambia materia y energa con
el medio. Sistema cerrado: slo intercambia energa con el
medio. Sistema aislado: no intercambia materia ni energa. .
Calor Sensible: Se denomina calor sensible a la energa calorfica que aplicada a una sustancia, hace subir su temperatura sin que haya cambio de estado o fase. q = m.Ce.(Tf Ti) Donde: q = calor sensible m = masa T= temperatura final e inicial Ce = calor especifico de la sustancia Calor Latente: Es el calor intercambiado en donde hay un cambio de estado o fase. q = m.L Donde L = calor latente (calor oculto) de la sustancia. Existen dos tipos de calor latente: Lf = calor latente de fusin Lv = calor latente de vaporizacin
CALORES ESPECFICOS DE ALGUNAS SUSTANCIAS A 25 oC Y PRESIN ATMOSFRICA
Calor especfico
Sustancia J/kg.oC Cal/g.oC
Slidos elementales
Aluminio
Berilio
Cadmio
Cobre
Germanio
Oro
Hierro
Plomo
Silicio
Plata
900
1830
230
387
322
129
448
128
703
234
0,215
0,436
0,055
0,0924
0,077
0,0308
0,107
0,0305
0,168
0,056
Otros slidos
Latn
Vidrio
Hielo (-5C)
Mrmol
Madera
380
837
2090
860
1700
0,092
0,200
0,50
0,21
0,41
Lquidos
Alcohol (etlico)
Mercurio
Agua (15C)
2400
140
4186
0,58
0,033
1,00
Gas
Vapor (100C) 2010 0,48
Algunos calores latentes
Sustancia Punto de fusin
(C) Calor latente de fusin
(J/kg)
Punto de ebullicin
(oC)
Calor Latente de
vaporizacin (J/kg)
Helio
Nitrgeno
Oxgeno
Alcohol etlico
Agua
Azufre
Plomo
Aluminio
Plata
Oro
Cobre
-269,65
-209,97
-218,79
-114
0,00
119
327,3
660
960,80
1063,00
1083
5,23x105
2,55x104
1,38x104
1,04x105
3,33x105
3,81x104
2,45x104
3,97x105
8,82x104
6,44x104
1,34x105
-268,93
-195,81
-182,97
78
100,00
444,60
1750
2450
2193
2660
1187
2,09x104
2,01x105
2,13x105
8,54x105
2,26x106
3,26x105
8,70x105
1,14x107
2,33x106
1,58x106
5,06x106
Calorimetra
Para medir el calor especfico de una sustancia se calienta la muestra y se sumerge en una cantidad conocida de agua. Se mide la temperatura final y con estos datos se puede calcular el calor especfico.
mw
Tw< Tx
mx
Tx
Tf
antes despus
Qfrio = Qcaliente
mwcw(Tf Tw) = mxcx(Tf Tx)
fxx
wfwwx
TTm
TTcmc
Ejemplo Un lingote metlico de 0,050 kg se calienta hasta 200 oC y a continuacin se introduce en un vaso de laboratorio que contiene 0,4 kg de agua inicialmente a 20 oC. si la temperatura de equilibrio final del sistema mezclado es de 22,4 oC, encuentre el calor especfico del metal.
fxx
wfwwx
TTm
TTcmc
En la grfica de la temperatura contra la energa trmica aadida cuando 1 g inicialmente a 30 oC se convierte en vapor a 120 oC. Cuanto calor se aade?
Hielo
Hielo + agua
Agua
Agua + vapor
Vapor
62,7 395,7 814,7 3074,7 -30
0
50
100
T(oC)
A B
C
D E
Se calienta el hielo
Se funde el hielo
Se calienta el agua
Se evapora el agua
Se calienta el vapor
120
Parte A. q1 = miCeiDT = (1x103)(2090)(30) = 62,7 J
Parte B. q2 = mLf = (1x103)(3,33x105) = 333 J
Parte C. q3 = mwCewDT = (1x103)(4,186x103)(100,0) = 418,6 J
Parte D. q4 = mLv = (1x103)(2,26x106) = 2,26x103 J
Parte E. q5 = msCesDT = (1x103)(2,01x103)(20,0) = 40,2 J
Total = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 = 3114,5 J
Qu masa de vapor inicialmente a 130 oC se necesita para calentar 200 g de agua en un recipiente de vidrio de 100 g de 20,0 oC a 50,0 oC?
Para enfriar el vapor de 130 oC a 100 oC
q1 = - m.Ce.T = m(2010 J/kg.oC)(30 oC) = 60300m.J/kg
Para condensar el vapor se libera:
q2 = mLf = m(2,26x106 J/kg) = 2260000m.J/kg
Para enfriar el vapor (agua) de 100 oC a 50 oC
q3 = - mCew T = m(4186 J/kg.oC )(50 oC) = 209300m.J/kg
Para calentar el agua y el recipiente de 20 oC a 50 oC, se requiere:
q = mw.Ce.w T + mVCev T
= (0,2 kg)(4186 J/kg.oC )(30 oC) + (0,1 kg)(837 J/kg.oC)(30 oC) = 27627 J
Calor perdido por el vapor = Calor ganado por agua y recipiente
60300m.J/kg + 2260000m.J/kg + 209300m.J/kg = 27627 J
m = 10,9 g
2. Energa interna:
Tiene que ver con la estructura del sistema. Se debe a la energa
cintica de las molculas, la energa de vibracin de los tomos y a
la energa de los enlaces. Est en funcin a la temperatura. No se
puede conocer su valor absoluto, slo la diferencia al ocurrir un
cambio en el sistema: U.
3. TRABAJO MECNICO:
Es la forma bajo la cual se efecta el intercambio de energa entre el sistema y su medio ambiente. W = F x l Donde: W = Trabajo F = Fuerza l = Distancia W es negativo (W < 0) si recibe energa. W es positivo (W > 0) si cede energa.
TRABAJO
dW = F.dl Donde: F = fuerza, l = distancia
P = F/A Donde P = presin, F = fuerza y A = superficie o rea
Trabajo = fuerza x distancia
dw = P.A.dl dw = P.dV
Primera Ley de la Termodinmica
Corresponde al principio de conservacin de la energa.
La energa del universo no se puede crear ni destruir, slo son posibles las transformaciones de un tipo de energa en otro.
U = q - w
U = Uf - Ui
q = U + w U = cambio de U interna de un
sistema
Uf = U interna final
Ui = U interna inicial
w = Trabajo
q = Calor
CONVENCIONES DE SIGNOS PARA LA PRIMERA LEY
ENTRADA de calor q es positiva
q= U + w = (final - inicial)
SALIDA de calor es negativa
Trabajo POR un gas es positivo
Trabajo SOBRE un gas es negativo
+qin
+U
-win
-qout
-U
+wout
Ejemplo: En la figura, el gas absorbe 400 J de calor y al mismo tiempo realiza 120 J de trabajo sobre el pistn. Cul es el cambio en energa interna del sistema?
q = U + w
Aplicamos la primera ley:
qin 400 J
wout =120 J
DU = +280 J
qin 400 J
wout =120 J
DU = q - w = (+400 J) - (+120 J) = +280 J
w es positivo: +120 J (trabajo SALE)
q = DU + w
DU = q - w
q es positivo: +400 J (calor ENTRA)
1. Calcular la variacin de energa interna para un sistema que
ha absorbido 5000 J y realiza un trabajo de 3000 J sobre su
entorno.
2. Calcular la variacin de energa interna para un sistema que ha liberado 2590 J y el trabajo es realizado por las fuerzas
exteriores sobre el sistema, siendo el valor del trabajo 3560 J.
Ejercicios