primera ley de la termodinámica - fcn.unp.edu.ar file2 El sistema y sus alrededores interaccionan a...
-
Upload
hoangkhuong -
Category
Documents
-
view
219 -
download
0
Transcript of primera ley de la termodinámica - fcn.unp.edu.ar file2 El sistema y sus alrededores interaccionan a...
1
¿Qué es la Termodinámica?
Objetivo de la Termodinámica
Predecir el estado de equilibrio de un sistema
Sistema termodinámico
SISTEMA
ALREDEDORES
Dra. Olga S. Herrera
¿Qué intercambios se dan entre el
sistema y los alrededores?
SISTEMAS
CERRADOS ABIERTOS
sistema
entorno
materia
energía
entorno
sistema
energía AISLADOS
sistema
entorno
PUEDEN SER
Dra. Olga S. Herrera
2
El sistema y sus alrededores interaccionan
a través de sus límites.
¿cómo pueden ser esos límites?
Intercambio de materia
Intercambio de calor
Permeables
Diatérmicos
Impermeables
Adiabáticos
Dra. Olga S. Herrera
Primera Ley de la Termodinámica
¿Cómo se definen en termodinámica q y w?
¿Cuáles son las características de DU, q y w?
¿Cómo puede cambiar la energía de un sistema?
DU = q + w
Sistema cerrado
DU = 0 Sistema aislado
Dra. Olga S. Herrera
3
Trabajo
dw = - pex . dV
= pex dV w - V1
V2
pex
dz
pex
Dra. Olga S. Herrera
Expansión contra p constante (pex = cte)
= pex dV w - V1
V2
= - pex V1
V2
dV
= - pex (Vf - Vi) w = - pex DV
Expansión libre (pex = 0)
= pex dV w - V1
V2
= 0
vacío
Dra. Olga S. Herrera
4
pex
dz
pex
IRREVERSIBLE
pex
dz’
pex
p p
REVERSIBLE
Procesos termodinámicamente reversibles e
irreversibles
Dra. Olga S. Herrera
Expansión o compresión reversible
(pex = psust + dP)
= w pex dV - V1
V2
= pg dV - V1
V2
p
pex
V
nRTP
V
VnRTw
1
2ln
Gas ideal isotérmico
Dra. Olga S. Herrera
5
El trabajo reversible es máximo
isoterma p
V V1 V2
p = nRT/V
pex
w = -pex DV
w = - nRT ln V2 / V1
Expansión isotérmica
Dra. Olga S. Herrera
a volumen constante a presión constante
Calor
Procesos
exotérmicos
endotérmicos
adiabáticos
DU = Uf – Ui = wad
El w necesario para modificar un sistema mediante un proceso
adiabático desde un estado A a un estado B es el mismo
cualquiera sea el tipo de trabajo realizado.
Dra. Olga S. Herrera
6
Variaciones de energía interna
dVV
UdT
T
UdU
TV
La energía interna, ¿depende más fuertemente de T o de V?
Dra. Olga S. Herrera
T
UC
Vv
Pendiente de U en
función de T a V
constante
Atkins’ Physical Chemistry. P. Atkins, J. de Paula. 9th. Edition (2010)
Dra. Olga S. Herrera
7
V
U
gas ideal
Repulsiones (pend < 0)
Atracciones (pend > 0)
Gas real
Variaciones de energía interna con el volumen
PTT
P
V
U
VT
Presión interna
Dra. Olga S. Herrera
dH = dq + Vdp
Entalpía (H) H = U + pV
P = cte dH = dqp DH = Qp integrando
Calor a volumen y presión constantes
a volumen constante
DU = q + w
DU = QV
a presión constante
DH = Qp
Dra. Olga S. Herrera
8
Variaciones de entalpía
dPdTdHP
H
T
H
TP
T
V
P
H
PT
TV
T
HC
P
p
dPT
VTVdTdH
PPc
La entalpía, ¿depende más fuertemente de T o de P?
Dra. Olga S. Herrera
Capacidades caloríficas
a volumen constante
DU = QV
a presión constante
DH = Qp
T
UC
Vv
Volumen constante
U
T
B
A
T
H
T
B
A
Presión constante
T
HC
pp
Dra. Olga S. Herrera
9
Relación entre Cv y Cp (gases ideales)
Cp - Cv = [p + (dU / dV)T] (dV / dT)p
[(dU / dV)T] = 0 gases ideales
Cp - Cv = p (dV / dT)p
(dV / dT)p = d(nRT/p)
dT
Cp - Cv = p d(nRT/p)
dT
Cp - Cv= nR Dra. Olga S. Herrera
Trabajo adiabático
Q=0 por lo tanto DU= w
Expansión
(w0, DT 0)
Reversible
(disminuye más)
irreversible
Compresión
(w0, DT 0)
Reversible
(aumenta menos)
irreversible
Dra. Olga S. Herrera
10
Trabajo isotérmico y trabajo adiabático reversibles
= w pex dV - V1
V2
= pg dV - V1
V2
wexp isotérmico > wexp adiabático
P
V
A
C
B
V1 V2
Isotérmico
Adiabático TC< TB
Gas ideal y T=constante
tanteconsPV
Gas ideal y Q=0
constantePV
Dra. Olga S. Herrera
VPUVPU iiifff HH if
Efecto de Joule-Thomson
¿Qué es?
Dra. Olga S. Herrera
11
Coeficiente de Joule-Thomson
c
P
H
P
T
p
T
H
JT
Gas ideal 0JT
Para gases reales depende de la T y la P
PP
PJT
c
bRT
a
c
VT
VT
2
Gas de Van der Waals
T>TI
T=TI
T<TI
0JT
0JT
0JT
Dra. Olga S. Herrera
Dra. Olga S. Herrera
12
BIBLIOGRAFÍA
-QUÍMICA FÍSICA, P. Atkins, J. de Paula. Editorial Médica
Panamericana (2008)
-PHYSICAL CHEMISTRY, P.W. Atkins. Ninth Edition.
Oxford University Press. (2010).
- FISICOQUÍMICA, David W. Ball. Thomson.(2004)
- FISICOQUÍMICA, Keith J. Laidler, John H. Meiser.
CECSA. (2005)
-QUÍMICA FÍSICA, Thomas Engel, Philip Reid. Pearson
Educación S.A. (2006)