PROPIEDADES ENERGETICAS

INTEGRANTES: LUIS A. YUCRA ITAMARI SARA ACHÁ ALVARADO

TRANSFORMACIONES ENERGETICAS

1. DEFINICIONLa Termodinámica estudia las transformaciones energéticas queexperimenta un sistema termodinámico, por lo que es necesariointroducir ahora qué tipos de energía entran en juego cuando unsistema experimenta una determinada transformación y cuál es larelación que existe entre ellos.En primer lugar es necesario diferenciar la energía que un sistemapuede acumular de la energía que se transfiere a un sistema cuandoéste experimenta una transformación. La primera (denominadaenergía interna), es una propiedad del sistema y por tanto unafunción de estado.)La energía transferida a un sistema termodinámico puede ser de dostipos: calor y trabajo. Ninguna de estas magnitudes es una funciónde estado, ya que no son propiedades del sistema sino la energíaque se le ha suministrado a lo largo de una transformación, ydependen por tanto de la misma.

2. PROPIEDADES ENERGETICASLa termodinámica no se ocupa de ofrecer una interpretación físicade sus magnitudes. La primera de ellas, la energía interna, seacepta como una manifestación macroscópica de las leyes deconservación de la energía a nivel microscópico, que permitecaracterizar el estado energético del sistema macroscópico. Elpunto de partida para la mayor parte de las consideracionestermodinámicas son los que postulan que la energía puede serintercambiada entre sistemas en forma de calor o trabajo, y quesólo puede hacerse de una determinada manera. También se introduceuna magnitud llamada entropía, que se define como aquella funciónextensiva de la energía interna, el volumen y la composición molarque toma valores máximos en equilibrio: el principio demaximización de la entropía define el sentido en el que el sistemaevoluciona de un estado de equilibrio a otro. Es la mecánicaestadística, íntimamente relacionada con la termodinámica, la queofrece una interpretación física de ambas magnitudes: la energíainterna se identifica con la suma de las energías individuales delos átomos y moléculas del sistema, y la entropía mide el grado de

orden y el estado dinámico de los sistemas, y tiene una conexiónmuy fuerte con la teoría de información2.1. Energía interna

En un sistema cerrado (o sea, de paredes impermeables), lavariación total de energía interna es igual a la suma de lascantidades de energía comunicadas al sistema en forma decalor y de trabajo ∆U = Q – W (En termodinámica se considerael trabajo negativo cuando este entra en el sistematermodinámico, positivo cuando sale). Aunque el calortransmitido depende del proceso en cuestión, la variación deenergía interna es independiente del proceso, sólo dependedel estado inicial y final, por lo que se dice que es unafunción de estado. Del mismo modo dU es una diferencialexacta, a diferencia de \eth Q, que depende del proceso

∆U = Q – W

2.2. EntropíaEn termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es unamagnitud física que, mediante cálculo, permite determinar laparte de la energía que no puede utilizarse para producirtrabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y suvalor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de unproceso que se dé de forma natural. La entropía describe loirreversible de los sistemas termodinámicos

Más simplemente, cuando no se produce variaciónde temperatura (proceso isotérmico):

Donde S es la entropía,   la cantidadde calor intercambiado entre el sistema y el entorno y T  latemperatura absoluta en kelvin.

Unidades: S=[cal/K]

Los números 1 y 2 se refieren a los estados iniciales yfinales de un sistema termodinámicoCuando un sistema termodinámico pasa, en un procesoreversible e isotérmico, del estado 1 al estado 2, el cambioen su entropía es igual a la cantidad de calor intercambiadoentre el sistema y el medio dividido por su temperaturaabsoluta.

2.3. Entalpía (H)Es una función de estado de la termodinámica donde lavariación permite expresar la cantidad de calor puesto enjuego durante una transformación isobárica, es decir, apresión constante en un sistema termodinámico, teniendo encuenta que todo objeto conocido se puede entender como unsistema termodinámico. Se trata de una transformación en elcurso de la cual se puede recibir o aportar energía (porejemplo la utilizada para un trabajo mecánico). En estesentido la entalpía es numéricamente igual al calorintercambiado con el ambiente exterior al sistema encuestión.

Es la presión del sistema, se define la entalpía como:

2.4. Calor.

El calor no es una nueva forma de energía, es el nombre dadoa una transferencia de energía de tipo especial en el queintervienen gran número de partículas. Se denomina calor ala energía intercambiada entre un sistema y el medio que lerodea debido a los choques entre las moléculas del sistema yel exterior al mismo y siempre que no pueda expresarsemacroscópicamente como producto de fuerza pordesplazamiento.Se debe distinguir también entre los conceptos de calor yenergía interna de una sustancia. El flujo de calor es unatransferencia de energía que se lleva a cabo comoconsecuencia de las diferencias de temperatura. La energíainterna es la energía que tiene una sustancia debido a su

temperatura, que es esencialmente a escala microscópica laenergía cinética de sus moléculas.El calor se considera positivo cuando fluye hacia elsistema, cuando incrementa su energía interna. El calor seconsidera negativo cuando fluye desde el sistema, por lo quedisminuye su energía interna.Cuando no hay intercambio de energía (en forma de calor)entre dos sistemas, decimos que están en equilibrio térmico.Las moléculas individuales pueden intercambiar energía, peroen promedio, la misma cantidad de energía fluye en ambasdirecciones, no habiendo intercambio neto. Para que dossistemas estén en equilibrio térmico deben de estar a lamisma temperatura.

Q = ∆U+W

Un aspecto del calor que conviene resaltar es que loscuerpos no almacenan calor sino energía interna. El calores por tanto la transferencia de parte de dicha energíainterna de un sistema a otro, con la condición de queambos estén a diferente temperatura. Sus unidades en elSistema Internacional son los julios (J)

La expresión que relaciona la cantidad de calor queintercambia una masa m de una cierta sustancia con lavariación de temperatura Δt que experimenta es:

Donde c es el calor específico de la sustancia.

El calor específico (o capacidad calorífica específica) esla energía necesaria para elevar en un 1 grado latemperatura de 1 kg de masa. Sus unidades en el SistemaInternacional son J/kg K.

En general, el calor específico de una sustancia dependede la temperatura. Sin embargo, como esta dependencia noes muy grande, suele tratarse como una constante. En esta

tabla se muestra el calor específico de los distintoselementos de la tabla periódica y en esta otra el calorespecífico de diferentes sustancias.

Cuando se trabaja con gases es bastante habitual expresarla cantidad de sustancia en términos del número de molesn. En este caso, el calor específico se denomina capacidadcalorífica molar C. El calor intercambiado viene entoncesdado por:

En el Sistema Internacional, las unidades de la capacidadcalorífica molar son J/molK.

2.5. Trabajo. El trabajo es una transferencia de energía, es decir, es unpaso de energía de un sitio a otro, no es algo que se tieneo se almacena.El trabajo se localiza en la frontera del sistema, es unaentrada o salida por las paredes del sistema, y no serefiere al interior de éste.Está asociado al cambio de las variables macroscópicas, comopueden ser el volumen, la presión, la posición y velocidaddel centro de masas, el voltaje, etc. Se realiza trabajocuando se acelera un objeto, cambiando la velocidad de suCM. Por contra, si lo que se hace es aumentar la temperaturade un gas, incrementando la energía cinética de cadapartícula, a este proceso lo llamamos calor.

W=∫v1

v2

P (V )dV