Question

Cuanto calor se necesita para que 300 g de nitrógeno pase de estado líquido a estado
gaseoso ((L v = 2.01x10 5 J/Kg)

Answer 1

Respuesta:

Transcripción:

Clase 2 Calorimetría 1º Ley de la termodinámica

Definiciones SISTEMA Cualquier parte del universo que desee estudiar. La posición exacta de las fronteras del sistema se fija de acuerdo al problema que se desea estudiar. Un sistema puede ser por ejemplo un grupo de átomos, de minerales o de rocas. Los cambios que ocurren en el sistema pueden o no involucrar interacción con el entorno. Sistema aislado Tienen energía y masa constante debido a que sus fronteras son rígidas, por lo que no permiten el intercambio de energía mecánica; - perfectamente aisladas, impidiendo el flujo de calor; - impermeables al intercambio de materia. Estos sistemas no ocurren en la naturaleza, sin embargo son importantes porque las reacciones que ocurren en sistemas aislados son aquellos que no pueden liberar o absorber calor o cualquier otra forma de energía.

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Ley 0 Equilibrio térmico Calorimetría Para medir el calor específico 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 específico. mx T x antes después Q frio = Q caliente mwcw (T f T w) = mxcx (T f T x) mw T fcx = mwmcx () w Tf Tw (TT) xf T w <T x En el estado final ambos cuerpos tienen la misma temperatura (T f) (equilibrio térmico)

Ejemplo Un lingote metálico de 0.050 kg se calienta hasta 200 C ya continuación se introduce en un vaso de laboratorio que contiene 0.4 kg de agua antes de 20 C. si la temperatura de equilibrio final del sistema mezclado es de 22.4 C, encuentre el calor específico del metal. DATO: cw = 4186 J / kg C (calor específico del agua líquida) cxmx () ​​w Tf Tw (TT) w = = (0.4) (4186) (22.4 20) / ((0.050) (200 22.4)) = 452.54 mcxf

Primera Ley de la Termodinámica Es una adaptación para la termodinámica de la ley de conservación de la energía. Se define la energía interna del sistema, U, como su energía respecto del SR del centro de masa. El trabajo necesario para cambiar el estado de un sistema aislado depende unicamente de los estados inicial y final, y es independiente del método usado para realizar el cambio. Por tanto, exixte una función de estado que identificamos como la energía interna. El trabajo realizado sobre el sistema es W. Por tanto, el cambio de la energía interna durante una transformación adiabática es U = W. El sistema también puede variar su energía sin realizar trabajo mecánico, se transfiere de otra forma, como calor. Definición de calor: La cantidad de calor Q absorbido por un sistema es el cambio en su energía interna que no se debe al trabajo. La conservación de energía será: U = Q + W. Si realizamos variaciones cuasiestáticas (p.ej., de volumen) escribiremos: δ W = - p dv. Si movemos el pistón muy rápido el gas no hará trabajo sobre el pistón y δ W 0 aunque varíe el volumen. Usamos d para una diferencial (propia) que depende sólo del cambio de estado. Usamos δ para indicar una diferencial (impropia) que también depende del proceso usado para cambiar el estado. Por tanto se escribe: d U = δ Q + δ W. Usamos δ para indicar una diferencial (impropia) que también depende del proceso usado para cambiar el estado. Por tanto se escribe: d U = δ Q + δ W. Usamos δ para indicar una diferencial (impropia) que también depende del proceso usado para cambiar el estado. Por tanto se escribe: d U = δ Q + δ W.

Presión interna, π T Ley del gas ideal Para un gas ideal, π T = 0 ya que U es independiente de la separación molecular para cambios de volumen a T constante Para un gas real, si du> 0 al aumentar dv a T constante, dominan las atracciones entre moléculas y π T> 0 - si du <0 al aumentar dv a T constante, dominan las repulsiones moleculares y π T <0

Trabajo y calor en procesos termodinámicos Gas contenido en un cilindro a una presión P efectúa trabajo sobre un émbolo móvil cuando el sistema se expande de un volumen V a un volumen V + dv. dw = -Fdy = -PAdy dw = -PdV

Ejemplo Una muestra de gas ideal se expande al doble de su volumen original de 1.00 m 3 en un proceso cuasi-estático para el cual P = αv 2, con α = 5.00 atm / m 6, como se muestra en la figura. ¿Cuánto trabajo realiza el gas en expansión? P yo P = αv 2 f 1,00m 3 2,00m 3 V

Proceso adiabático En un proceso adiabático no hay flujo de calor entre el sistema y sus alrededores. El trabajo efectuado es igual al negativo del cambio en la energía interna. Se puede demostrar que la curva que describe esta transformación es adiabáticas γ γ pv = p0v0 = cte. isoterma s Donde γ = (C p / CV) = 1.67, ideal para gas

Ejemplo Un gas encontrado a 300 K se somete a una expansión isobárica a 2.5 kpa. Si el volumen aumenta de 1 m 3 a 3 m 3, y si 12.5 kj de energía se transfieren por calor, calcule a) el cambio en la energía interna b) su temperatura final. W = P (V f V i) = 2.5k (3 1) = 5 kj U = W + Q = 5kJ + 12.5 kj = 7.5 kj pi V i / T i = pf V f / T f, entonces T f = T ipf V f / (pi V i) = (300) (2.5k) (3) / (2.5k) (1) = 900 K