Mercado Sánchez Isaac Tonathiu Cuestionario Previo 6
Fecha de entrega: 14/03/16
1. Escriba las ecuaciones ecuaciones empleadas empleadas para calcular calcular la energía energía transmitida transmitida como como calor para para variación variación de temperatura y para cambio de fase. Calor sensible
Se puede calcular en algunos casos simples: •
•
Si el proceso se efectúa a presión a presión constante: Qs = ΔH = mC p (t2− t1) En donde H es la entalpa del sistema! m es la masa del cuerpo! C p es el calor especfico a presi"n constante (definido como la cantidad de calor re#uerida para aumentar en un grado la temperatura de la unidad de masa de un cuerpo a presi"n constante)! t2 es la temperatura final $ t1 es la temperatura inicial del cuerpo% Si el proceso se efectúa a &olumen constante: Qs = Δ' = mC & (t2− t1) En donde C & es el calor especfico a &olumen constante! $ ' representa la energa interna del sistema% os &alores de calor especfico &aran tami*n con la temperatura amiente $ el estado fsico de agregaci"n de las sustancias%
Calor latente
Q = m +onde es el calor de fusi"n o de e&aporaci"n $ m es la masa #ue camia de estado% La capacidad térmica específica
El calor especfico medio (
ĉ ¿ correspondiente a un cierto inter&alo de temperaturas se define
en la forma:
ĉ =
Q m ΔT
+onde Q es la transferencia de energa en forma calorfica en el entre el sistema $ su entorno u otro sistema! es la masa del sistema (se usa una n cuando se trata del calor especfico molar) $ es el incremento de temperatura #ue e,perimenta el sistema%
El calor especfico (c) correspondiente a una temperatura dada se define como:
Q 1 dQ = m dT ΔT → 0 mΔT
c = lim
El calor especfico (c) es una funci"n de la temperatura del sistema- esto es! c (.)% Esta funci"n es creciente para la ma$ora de las sustancias (e,cepto para los gases monoat"micos $ diat"micos)% Esto se dee a efectos cu/nticos #ue 0acen #ue los modos de &iraci"n est*n cuantiados $ s"lo est*n accesiles a medida #ue aumenta la temperatura% Conocida la funci"n! la cantidad de calor asociada con un camio de temperatura del sistema desde la temperatura inicial .i a la final .f se calcula mediante la integral siguiente:
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Tf
Q =m∫ cdT Ti
En un inter&alo donde la capacidad calorfica sea apro,imadamente constante la f"rmula anterior puede escriirse simplemente como:
Q≈mc∆T 2. Defina la entalpia. Es una magnitud termodin/mica! simoliada con la letra H! cu$a &ariaci"n e,presa una medida de la cantidad de energa asorida o cedida por un sistema termodin/mico! es decir! la cantidad de energa #ue un sistema puede intercamiar con su entorno% En palaras m/s concretas! es una funci"n de estado de la termodin/mica donde la &ariaci"n permite e,presar la cantidad de calor puesto en uego durante una transformaci"n iso/rica (es decir! a presi"n constante) en un sistema termodin/mico (teniendo en cuenta #ue todo oeto conocido puede ser entendido como un sistema termodin/mico)! transformaci"n en el curso de la cual se puede reciir o aportar energa (por eemplo la utiliada para un traao mec/nico)% En este sentido la entalpa es num*ricamente igual al calor intercamiado con el amiente e,terior al sistema en cuesti"n% 'sualmente la entalpa se mide! dentro del Sistema 3nternacional de 'nidades! en ulios% El caso m/s tpico de entalpa es la llamada entalpa termodin/mica% +e *sta! cae distinguir la funci"n de 4is! #ue se corresponde con la entalpa lire! mientras #ue la entalpa molar es a#uella #ue representa un mol de la sustancia constitu$ente del sistema% 3.
Diga qué es cada una de las siguientes entalpias: de evaporación de fusión de sublimación de solidificación y de condensación. a entalpa de &aporiaci"n o calor de &aporiaci"n es la cantidad de energa necesaria para #ue la unidad de masa (5ilogramo! mol! etc%) de una sustancia #ue se encuentre en e#uilirio con su propio &apor a una presi"n de una atm"sfera pase completamente del estado l#uido al estado gaseoso% Se representa por ΔH&ap! por ser una entalpa% El &alor disminu$e a temperaturas crecientes! lentamente cuando se est/ leos del punto crtico! m/s r/pidamente al acercarse! $ por encima de la temperatura crtica las fases de l#uido $ &apor$a no coe,isten% 4eneralmente se determina en el punto de eullici"n de la sustancia $ se corrige para taular el &alor en condiciones normales% a entalpa de fusi"n o calor de fusi"n es la cantidad de energa necesaria para 0acer #ue un mol de un elemento #ue se encuentre en su punto de fusi"n pase del estado s"lido al l#uido! a presi"n constante% Cantidad de energa #ue un sistema puede intercamiar con su entorno% Es una magnitud de termodin/mica (H)! cantidad de energa #ue se puede intercamiar% .eora de las colisiones 'nidades: 567mol a sulimaci"n! es el proceso #ue consiste en el camio de estado de la materia s"lida al estado gaseoso sin pasar por el estado l#uido% 8l proceso in&erso se le denomina sulimaci"n in&ersa- es decir! el paso directo del estado gaseoso al estado s"lido% 'n eemplo cl/sico de sustancia capa de sulimarse es el 0ielo seco% Calor de solidificaci"n: Cantidad de calor #ue desprende la masa de un l#uido al solidificarse a su temperatura de congelaci"n%
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Calor de condensaci"n: Calor #ue es lierado por la masa de un gas #ue se encuentra en su punto de eullici"n al condensarse en un fluido% !. Escriba el enunciado de la "rimera #ey de la $ermodin%mica para un sistema cerrado su e&presión matem%tica y diga el significado de cada uno de sus términos. a &ariaci"n de energa de un sistema termodin/mico cerrado es igual a la diferencia entre la cantidad de calor $ la cantidad de traao intercamiados por el sistema con sus alrededores% En su forma matem/tica m/s sencilla se puede escriir para cual#uier sistema cerrado:
∆ U =Q + W +onde:
∆ U es la variaci ó n del sistema Q esel calor intercambiado por el sistema a trav é s de unas paredes bien definidas W es eltrabajointercambiado por el sistema a susalrededores Sistemas aiertos 'n sistema aierto es a#uel #ue tiene entrada $7o salida de masa! as como interacciones de traao $ calor con sus alrededores! tami*n puede realiar traao de frontera% a ecuaci"n general para un sistema aierto en un inter&alo de tiempo es:
(
1
)
(
1
)
Q +W + ∑ m ¿ h + V + ! ∈−∑ mout h + V + ! out =∆ U sistema ¿
2
2
out
2
2
+onde: in representa todas las entradas de masa al sistema% out representa todas las salidas de masa desde el sistema% a energa del sistema es: 1
2
"sistema =U + m V + m! 2
a &ariaci"n de energa del sistema en el inter&alo de tiempo considerado (entre t 9 $ t) es: t
∆ " sistema=∫ t 0
d" dt dt
Sistemas aiertos en estado estacionario El alance de energa se simplifica consideralemente para sistemas en estado estacionario (tami*n conocido como estado estale)% En estado estacionario se tiene ΔEsistema = 9! por lo #ue el alance de energa #ueda:
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(
1
)
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(
1
)
Q−W + ∑ m¿ h + V + ! ∈−∑ mout h + V + ! out =0 ¿
2
2
out
2
2
Sistema aislado Es a#uel sistema en el cual no 0a$ intercamio ni de masa ni de energa con el e,terior% % E,pli#ue en #u* consiste el efecto 6oule% Si en un conductor circula electricidad! parte de la energa cin*tica de los electrones se transforma en calor deido al c0o#ue #ue sufren los electrones con las mol*culas del conductor por el #ue circulan ele&ando la temperatura del mismo- este efecto es conocido como efecto 6oule% ;a cantidad de energa calorfica producida por una corriente el*ctrica! depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente! del tiempo #ue *sta circula por el conductor $ de la resistencia #ue opone el mismo al paso de la corriente;%
t! siendo Q = energa calorfica producida por la corriente e,presada en 6ulios 3 = intensidad de la corriente #ue circula > = resistencia el*ctrica del conductor t = tiempo '. (nvestigue en tablas de propiedades termodin%mica la entalpia de evaporación del agua a 1.) 1.* 2.) 2.* y 3.) atmósferas y repórtela en las siguientes unidades: +,tu-lbm +/-g y +0/-0g. 8tm"sferas 1%9 1% 2%9 2% D%9
?tu73m @A9%@B @A%D@ @B%1A @D%9B @D9%BDB
67g 2999 22299 2291@99 21199 21D99
5675g 22%9 222% 2291%@ 211% 21D%
. ué diferencia 4ay entre un termo un vaso de De5ar y un calorímetro6 7aga un esquema de cada uno. Fr/cticamente es mu$ parecido un &aso de +eGar $ un termo amos su funci"n es proporcionar aislamiento t*rmico! disminuir las p*rdidas de calor por conducci"n! con&ecci"n o radiaci"n% 'tiliado para almacenar l#uidos! fros o calientes $ un calormetro es un instrumento #ue sir&e para medir las cantidades de calor suministradasI o reciidasI por los sistemas% Es decir! sir&e para determinar la capacidad t*rmica especfica del sistema! as como para medir las cantidades de calor #ue lieranI o asorenI los sistemas
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8. ué instrumento se utili9a para medir el consumo de energía eléctrica6 El &ati0ormetro! Gatt0ormetro! contador el*ctrico o medidor de consumo el*ctrico
. ué es una fase y qué es un estado6 a fase es cada una de las partes macrosc"picas de una composici"n #umica $ propiedadesfsicas 0omog*neas #ue forman un sistema% os sistemas monof/sicos se denominan 0omog*neos! $ los #ue est/n formados por &arias fases se denominan meclas o sistemas 0eterog*neos% Se dee distinguir entre fase $ estado de agregaci"n de la materia% For eemplo! el grafito $ el diamante son dos formas alotr"picas del carono- son! por lo tanto! fases distintas! pero amas pertenecen al mismo estado de agregaci"n (s"lido)% .ami*n es frecuente confundir fase $ micro constitu$ente- por eemplo! en un acero cada grano de perlita es un micro constitu$ente! pero est/ formado por dos fases! ferrita $ cementita% 1). De qué propiedades termodin%micas dependen los cambios de fase para una sustancia pura6 +e la temperatura! la presi"n $ el tiempo
