Primer principio de la termodinámica. Energía interna, calor y trabajo. Calor a volumen y a presión constantes. Entalpía.
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Según el primer principio de la termodinámica
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En un sistema gaseoso que sufre una expansión
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En una reacción química exotérmica en la que se produce un incremento en el número de moles gaseosos, según la IUPAC se debe asignar
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El diagrama de la figura corresponde...
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El equivalente mecánico del calor establece...
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El diagrama de la figura corresponde...
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El equivalente mecánico del calor establece que.
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El calor necesario para que se lleve a cabo un cambio de fase a presión constante es igual a
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Para un proceso cíclico...
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La energía interna representa...
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En un sistema gaseoso que sufre una compresión...
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Si calentamos un gas manteniendo la presión constante, el calor que demos aportar debe ser...
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Si un gas se expande a presión constante ¿Cuánto vale el trabajo realizado sobre él?
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Determina el trabajo realizado sobre un sistema gaseoso cuando se comprime a una presión constante de 1atm de un volumen de 10L a un volumen de 3L. (1atm=101300Pa)
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Si en proceso adiabático el sistema sufre una expansión a presión constante:
Explicación
ΔH=ΔU+PΔV, expansión: ΔV>0, por tanto: ΔH>ΔU, (no se puede determinar si se desprende o absorbe más o menos calor a V o a P cte, ya que no se indica si el proceso es exotérmico o endotérmico).
Según IUPAC, un proceso exotérmico desprende calor (Q<0) y si hay un Δn(gases)>0 también ΔV>0 por lo que se trata de un trabajo de expansión o que realiza el sistema, por tanto W<0.
El contenido energético de los productos es mayor que el de los reactivos por lo que se se tendrá que absorber energía en forma de calor para poder alcanzar ese nivel energético.
La entalpía de los reactivos es mayor que la de los productos, dicha diferencia energética se desprenderá en forma de calor.
Equivalente mecánico del calor.
El calor latente se define como el calor puesto en juego cuando 1g o 1mol (si es molar) de una sustancia cambia de estado a P=cte y T=cte.
La energía interna es una función de estado, por lo que si el estado inicial es el mismo que el final su variación será cero: ΔU=Q+W=0, por lo y que: Q=-W.
ΔH=ΔU+PΔV y ΔU=ΔH-PΔV, como es compresión: ΔV<0, por tanto: ΔU>ΔH, (no se puede determinar si se desprende o absorbe más o menos calor a V o a P cte, ya que no se indica si el proceso es exotérmico o endotérmico). Según IUPAC, en una compresión Wext>0 (hay que aplicar una fuerza externa para comprimir el émbolo que es la que realiza un trabajo positivo que hace que aumente la energía interna del sistema).
1ª forma:
Qp = nCpΔT y ΔU = Qv = nCvΔT como Cp >Cv, ΔU < Qp
2ª forma:
Qp = ΔH = ΔU + PΔV, si P=cte y T↑, V↑ (leyes de los gases), por tanto: ΔV > 0, como calentamos: ΔH e ΔU >0 (criterio de signos IUPAC), por tanto Qp(ΔH) > ΔU.
Criterios IUPAC, cuando un sistema se expande hace que disminuya la energía interna del mismo, por tanto se le asigna al trabajo signo negativo.
Otra forma:
Wsist = PΔV entonces: Wext = -PΔV
Wext=-Pext(Vf – Vo) = -101300·(7-10)·10-3=709,1J
En un proceso adiabático Q=0, por lo que la variación de energía interna se corresponde con el trabajo realizado sobre el sistema ΔU=Wext, que en el caso de una expansión es negativo (criterio IUPAC) ΔU<0
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