Cambios en la entalpía y la energía interna (ejemplo) –
El diagrama muestra la variación de la energía interna (U) con la presión (P) de un gas de 2,0 moles en un proceso cíclico abcda . La temperatura del gas en c y d son 300K y 500K , respectivamente. Calcule el calor absorbido por el gas durante el proceso.
Una diminuta gota esférica de aceite que lleva una carga neta q está equilibrada en aire quieto, con un campo eléctrico uniforme vertical de fuerza 781π×105V/m. Cuando el campo se apaga, se observa que la gota cae con una velocidad terminal de 2×10-3ms-1. Aquí g=9,8m/s2, la viscosidad del aire es 1,8×10-5Ns/m2 y la densidad del aceite es 900kgm-3. La magnitud de ‘ q ‘ es
Una cadena lisa de 2 m de longitud se mantiene sobre una mesa de forma que su longitud de 60 cm cuelga libremente del borde de la mesa. La masa total de la cadena es de 4kg. El trabajo realizado al tirar de toda la cadena sobre la mesa es, (Tomemos g=10m/s2 )
Una partícula cargada de masa ‘ m ‘ y carga ‘ q ‘ se libera del reposo en un campo eléctrico uniforme E. Despreciando el efecto de la gravedad, la energía cinética de la partícula cargada después de ‘ t ‘ segundos es
Energía interna, calor y trabajo Termodinámica –
En el artículo Energía interna de los gases ideales se explicó con detalle que en los gases ideales sólo existe la energía cinética de las moléculas del gas como energía interna (energía térmica). Según la primera ley de la termodinámica, esta energía interna puede modificarse transfiriendo energía como trabajo W o como calor Q:
Según la distribución de Maxwell-Boltzmann, la energía cinética de las moléculas está a su vez directamente relacionada con la temperatura del gas. Así, un cambio de la energía interna (cambio de la energía cinética) significa inevitablemente un cambio de temperatura. Esto plantea la cuestión de cómo se relaciona un cambio en la energía interna ΔU con un cambio en la temperatura ΔT.
Como ya se ha mencionado, la teoría cinética de los gases muestra una relación directa entre la energía cinética media de las moléculas de un gas y su temperatura. Así que si se conoce la temperatura de un gas (y el número de partículas), entonces una determinada energía interna está directamente relacionada con ella. Ésta es independiente de la presión o del volumen del gas. Por lo tanto, el cambio de la energía interna sólo depende del cambio de la temperatura.
La figura muestra la variación de la energía interna `(U
Un cambio de energía interna se produce cuando la energía interna de un sistema aumenta o disminuye cuando se produce una transferencia de calor entre el sistema y su entorno y/o se realiza trabajo en o por el sistema.
Cuando hay un cambio en la temperatura de un gas, podemos calcular el cambio en la energía interna como sigue ∆E = m c ∆T.El lado izquierdo ∆E es el cambio de energía interna. El primer término del lado derecho m es la masa del gas, c es la capacidad calorífica específica del gas y ∆T es el cambio de temperatura.
La fórmula para calcular el cambio de energía interna cuando hay un cambio de temperatura es: ∆E = m c ∆T.El lado izquierdo ∆E es el cambio de energía interna. El primer término del lado derecho m es la masa de la sustancia, c es la capacidad calorífica específica de la sustancia y ∆T es el cambio de temperatura.
La variación de la energía interna U y la densidad d de una
Ahora que hemos visto cómo calcular la energía interna, el calor y el trabajo realizado para un sistema termodinámico que sufre un cambio durante algún proceso, podemos ver cómo estas cantidades interactúan para afectar a la cantidad de cambio que puede producirse. Esta interacción viene dada por la primera ley de la termodinámica. Al científico y novelista británico C. P. Snow (1905-1980) se le atribuye un chiste sobre las cuatro leyes de la termodinámica. Su afirmación humorística de la primera ley de la termodinámica es “no se puede ganar”, o lo que es lo mismo, no se puede sacar más energía de un sistema de la que se pone en él. En este capítulo veremos cómo la energía interna, el calor y el trabajo desempeñan un papel en la primera ley de la termodinámica.
Supongamos que Q representa el calor que se intercambia entre un sistema y el entorno, y que W es el trabajo realizado por o sobre el sistema. La primera ley establece que el cambio en la energía interna de ese sistema viene dado por . Como el calor añadido aumenta la energía interna de un sistema, Q es positivo cuando se añade al sistema y negativo cuando se retira del mismo.