La energía se define como la capacidad para realizar un trabajo.
Hay diferentes formas de energía: energía eléctrica, energía cinética, energía
potencial, energía interna, entre otras.
La energía se mide en el sistema internacional como:
La energía se mide en el sistema internacional como:
TEMPERATURA Y CALOR
La temperatura es una magnitud
escalar relacionada con las nociones de caliente y frío.
Asociada con la energía interna
conocida como "energía sensible", que es responsable de los
movimientos de las partículas del sistema.
El calor
es la energía en tránsito, que se pierde o se gana en ciertos procesos o
sistemas.
El calor es un flujo de energía entre dos cuerpos que están a diferentes
temperaturas.
Una caloría, originalmente se definió como la cantidad de calor necesario para que la temperatura de 1g de H2O se incremente 1ºC, entre 14,5ºC y 15,5ºC (el calor específico del H2O en ese intervalo de temperatura es igual a 1).
Algunas equivalencias entre calorías y Joule son:
Una caloría, originalmente se definió como la cantidad de calor necesario para que la temperatura de 1g de H2O se incremente 1ºC, entre 14,5ºC y 15,5ºC (el calor específico del H2O en ese intervalo de temperatura es igual a 1).
Algunas equivalencias entre calorías y Joule son:
1 kcal = 4,184kJ
1 cal = 4, 184 J
La temperatura refleja el nivel
térmico de un cuerpo e indica el sentido en que fluye el calor.
El incremento de la temperatura, a nivel macro, produce dilatación térmica, la disminución de la densidad, el cambio de estado o la modificación del color, como se muestra en la figura siguiente:
Algunas escalas de medición y sus relaciones se presentan a continuación:
Las sustancias materiales puede sufrir diferentes cambios, los cuales se pueden clasificar como:
Solución:
El aspecto general del
diagrama de fases es el siguiente:
Algunas escalas de medición y sus relaciones se presentan a continuación:
Un proceso que va acompañado de una liberación de energía en forma de calor
a los alrededores, es un proceso exotérmico. En caso contrario se denomina proceso endotérmico.
CALOR ESPECÍFICO (c)
Es la cantidad de calor que se
necesita para elevar la temperatura de 1
g de una sustancia 1ºC (o Kelvin) sin cambio de fase. Se expresa mediante la
siguiente ecuación:
El calor específico c para una misma sustancia es una propiedad que cambia
con el estado de agregación. Por ejemplo:
Unos ejemplos para ilustrar el uso de esta ecuación son:
1. ¿Cuánto calor, expresado en
Joule, se requiere para subirle la temperatura a 250g de agua líquida de 22 °C
a 98 °C? El calor específico del agua =
4.18 J/ g.K.
información:
q = ¿?
m = 250 g
T1 = 22°C = 295K
T2 = 98°C = 371K
c = 4, 18 J/g.K ¡cuidado con las unidades!
Solución:
2. Calcular el calor que se necesita retirar a 0,350 kg
de mercurio para que su temperatura pase de 50 a 20ºC. Sabiendo que el
calor específico del Hg es 140.0 J/ kg.K.
información:
q = ¿? Negativo !!!
m = 0,350 kg
T1 = 50°C = 323K ¡cuidado con las unidades!
T2 = 20°C = 293K
c = 140 J/kg.K
Solución:
CAPACIDAD CALORÍFICA (C)
Es la cantidad de calor que se
requiere para elevar un grado Celcius la temperatura de una determinada
cantidad de una sustancia sin cambio de fase.
El modelo matemático para la
capacidad calorífica es:
Un ejemplo para ilustrar el uso de la ecuación es:
3. El calor específico
del agua = 4,184 J/g.K y la capacidad calorífica de 250g de agua líquida es:
Solución:
CURVAS DE CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO
Es una representación gráfica de valores de la temperatura que adquiere un
cuerpo al aplicar o retirarle calor
durante un cierto tiempo.
·
Temperatura
en función del calor adicionado o
retirado.
·
Temperatura
en función del tiempo.
Se distinguen dos zonas 1. La
°T cambia calor
sensible.
2. La °T no cambia calor
latente.
Curva de
calentamiento para el agua:
Cambio de estado físico
En este caso la temperatura no varía, y el calor recibido dependerá
de:
• De la masa
o moles de la sustancia que cambia de estado (m ó n)
• Del tipo de sustancia (LF o Lv
= calor latente de fusión o vaporización)
A veces L se conoce como ∆H
(Entalpía)
El calor absorbido o cedido en el cambio de estado del sistema está dado
por las siguientes fórmulas:
qF = ∆Hfus
x m ; qV = ∆Hvap
x m
qF = ∆Hfus
x n ; qV = ∆Hvap
x n
Un ejemplo para ilustrar el
uso de las curvas de calentamiento es:
Determinar el calor suministrado a
un mol de agua durante un proceso de calentamiento para los segmentos 1 y 2.
Solución:
Segmento 1:
Se calienta 1,0 mol de agua
sólida (hielo) de -25,0°C hasta la temperatura de fusión de 0,0°C. Esto
corresponde a un calor sensible por lo que:
q = c x masa x ∆T
masa
de 1,0 mol de hielo equivale a 18,0 g
c =
2,09 J/g∙°C
Segmento 2:
Se funde 1,0 mol de hielo a
la temperuta de fusion 0,0°C. Recuerde en este proceso la temperatura no
cambia, por lo que el calor se denomina calor latente y se aplica:
q =
n∙∆Hfus
n
= 1,0 mol de hielo
∆Hfus
= 6,02 kJ/mol
Y ahora sigue aplicando las respectivas ecuaciones a los tramos siguientes según el caso. Adelante !!!
DIAGRAMAS DE FASES
Son representaciones gráficas de las fases existentes de un sistema a
diferentes condiciones de P, T y composición.
Cuando en estas
representaciones las fases corresponden a diferentes estados de agregación de
una sustancia se denomina diagrama de cambio de
estado.
Los diagramas de fase son
gráficos que proporcionan información acerca de las condiciones de P y T en
las cuales una sustancia puede existir en alguna(s) de sus tres fases, sólido,
líquido o gas. Todo diagrama de fases presenta las siguientes
características:
v Presenta
un punto triple, A, donde las tres fases sólido, líquido y gas se
encuentran en equilibrio.
v Presenta
un punto crítico, B, que es el extremo de la curva de presión de
vapor. La temperatura en este punto se llama temperatura crítica y la
presión se denomina presión crítica. A temperaturas mayores a la
temperatura crítica una sustancia no se puede licuar (pasar de gas a
líquido), independientemente de lo elevada que sea la presión. Además, exhiben propiedades de líquido y gas.
Los diagramas de fase
permiten predecir los cambios de temperatura de fusión, temperatura
de ebullición y temperatura de sublimación de una sustancia, debido a las variaciones
de la presión externa.
También se pueden anticipar
las direcciones de las transiciones de las fases producidas por los cambios de
temperatura y presión.
Si analizamos el diagrama de
fase para el agua, H2O, observamos que al aumentar la presión por
encima de 1 atm, aumenta la temperatura de ebullición y disminuye
la temperatura de fusión. Por su parte, una disminución en la presión,
produce una temperatura de ebullición menor e incrementa la temperatura
de fusión.
Y ahora observa el diagrama para el Dióxido de Carbono, qué característica aprecias?
Identifique los puntos en cada uno de los
diagramas de fase, del agua y del dióxido de carbono, y complete la siguiente
tabla:
En los diagramas de fase mostrados, existe una gran diferencia en la pendiente de la curva entre las fases sólida y líquida: en el caso del agua es negativa, mientras que en el del CO2 (como la mayoría de las sustancias) es positiva.
Punto
|
H2O
|
CO2
|
||
Temperatura
|
Presión
|
Temperatura
|
Presión
|
|
Triple
|
||||
Crítico
|
||||
Ebullición normal
|
||||
Fusión normal
|
||||
Sublimación normal
|
||||
En los diagramas de fase mostrados, existe una gran diferencia en la pendiente de la curva entre las fases sólida y líquida: en el caso del agua es negativa, mientras que en el del CO2 (como la mayoría de las sustancias) es positiva.
El agua se comporta de
manera excepcional porque el hielo es menos denso que el agua líquida:
cualquier muestra de agua en forma de hielo ocupa un volumen mayor que el que
ocupa como agua líquida, debido al gran espacio vacío, originado por la
formación de los puentes de hidrógeno.
La construcción de un diagrama de fases se realiza a partir de la ubicación de puntos característicos de la curva; como punto triple, punto crítico, entre otros. Luego, se unen dichos puntos mediante curvas suaves y se identifican las regiones que se genera.
Ejercicio:
Observe los dos diagramas que se muestran a continuación y relacione los puntos A, B, C, D, E y F del diagrama de enfriamiento que se produce a la presión P, con los puntos 1, 2, 3 y 4 del diagrama de fases.
La construcción de un diagrama de fases se realiza a partir de la ubicación de puntos característicos de la curva; como punto triple, punto crítico, entre otros. Luego, se unen dichos puntos mediante curvas suaves y se identifican las regiones que se genera.
Ejercicio:
Observe los dos diagramas que se muestran a continuación y relacione los puntos A, B, C, D, E y F del diagrama de enfriamiento que se produce a la presión P, con los puntos 1, 2, 3 y 4 del diagrama de fases.
Explique brevemente lo que
sucede en cada uno de ellos y lo que representan.
Indicar lo que sucede en los
intervalos mostrados en ambos diagramas.
Todo muy bien explicado :D
ResponderBorrardonde puedo encontrar las respuestas del ejercicio?
ResponderBorrarDonde puedo encontrar las respuestas del ejercicio???
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