Resumen del Capítulo 2 de Termodinámica Cengel Séptima Edición Físico Química II Ing. Ada, Resúmenes de Fisicoquímica

¡Descarga Resumen del Capítulo 2 de Termodinámica Cengel Séptima Edición Físico Química II Ing. Ada y más Resúmenes en PDF de Fisicoquímica solo en Docsity! Asignatura: FísicogQuímicagIIgWQIg362X Sección: 1600 Catedrático: AdagLesbiagGallogGonzáles Presentado por: ZiniagGabrielagMartínezgSantacrewg 20212020329 Fecha de entrega: 10gdegJuniogdelg2024 Universidad Nacional Autónoma de Honduras en el Valle de Sula Índice 01 Introducción 2-1 02 Formas de energía 2-2 09 Transferencia de energía por calor 2-3 18 21 La primera ley de la termodinámica 2-6 22 Eficiencia en la conversión de energía 2-7 13 Transferencia de energia por trabajo 2-4 Energía y ambiente 2-8 15 Formas mecánicas del trabajo 2-5 La suma de todas las formas microscópicas de energía se denomina energía interna de un sistema y se denota mediante U. En 1807 Thomas Young acuñó el término energía y en 1852 lord Kelvin propuso su uso en termodinámica. La energía macroscópica de un sistema se relaciona con el movimiento y la influencia de algunos factores externos como la gravedad, el magnetismo, la electricidad y la tensión superficial. La energía que posee un sistema como resultado de su movimiento en relación con cierto marco de referencia se llama energía cinética (EC). Cuando todas las partes de un sistema se mueven con la misma velocidad. 03 Energía, transferencia de energía y análisis general de la energía 2-2 Formas de energía Energía Cinética Energía Cinética (sólido que gira) Sistemas estacionarios: son sistemas cerrados cuya velocidad y altura del centro de gravedad permanecen constantes durante un proceso. Los volúmenes de control en general están relacionados con el flujo de un fluido durante largos periodos, y es conveniente expresar en forma de tasa el flujo de energía asociado al flujo de un fluido. Esto se consigue al incorporar el flujo másico, que es la cantidad de masa que fluye por una sección transversal por unidad de tiempo; y se relaciona con el flujo volumétrico V, definido como el volumen de un fluido que fluye por una sección transversal por unidad de tiempo, mediante: Energía potencial (EP): es la energía que posee un sistema como resultado de su incremento de altura en un campo gravitacional. 04 Energía, transferencia de energía y análisis general de la energía 2-2 Formas de energía En ausencia de los efectos: magnético, eléctrico y de tensión superficial, la energía total de un sistema consta sólo de las energías cinética, potencial e interna, y se expresa como: Los gases tienen energía cinética que se divide en: Energía de traslación: energía debida al movimiento. Energia de rotacion: energía de las moléculas que giran sobre su eje. Energía vibratoria: en altas temperaturas los átomos vibran al rededor de su centro de masa. 05 Energía, transferencia de energía y análisis general de la energía 2-2 Formas de energía La energía mecánica se puede definir como la forma de energía que se puede convertir completamente en trabajo mecánico de modo directo mediante un dispositivo mecánico como una turbina ideal. Las formas más familiares de energía mecánica son la cinética y la potencial. Sin embargo, la energía térmica no es energía mecánica puesto que no se puede convertir en trabajo de forma completa y directa (segunda ley de la termodinámica). El trabajo de flujo se expresa en términos de las propiedades del fluido y es conveniente considerarlo como parte de la energía de un fluido en movimiento y llamarlo energía de flujo. Por lo tanto, la energía mecánica de un fluido en movimiento por unidad de masa se puede expresar como: La energía mecánica es un concepto útil para flujos que no involucran una importante transferencia de calor o conversión de energía, como es el caso del flujo de gasolina desde un depósito subterráneo hacia un auto 07 Energía, transferencia de energía y análisis general de la energía 2-2 Formas de energía La energía mecánica se puede definir como la forma de energía que se puede convertir completamente en trabajo mecánico de modo directo mediante un dispositivo mecánico como una turbina ideal. Las formas más familiares de energía mecánica son la cinética y la potencial. Sin embargo, la energía térmica no es energía mecánica puesto que no se puede convertir en trabajo de forma completa y directa (segunda ley de la termodinámica). 08 Energía, transferencia de energía y análisis general de la energía 2-2 Formas de energía El calor se define como la forma de energía que se transfiere entre dos sistemas (o entre un sistema y el exterior) debido a una diferencia de temperatura. Es decir, una interacción de energía será calor sólo si ocurre debido a una diferencia de temperatura. Entonces se deduce que no puede haber ninguna transferencia de calor entre dos sistemas que se hallan a la misma temperatura. 09 Energía, transferencia de energía y análisis general de la energía 2-3 Transferencia de energía por calor El calor es energía en transición y se reconoce sólo cuando cruza la frontera de un sistema. Una vez en el exterior, el calor transferido se vuelve parte de la energía interna de éstos. Así, en termodinámica el término calor significa simplemente transferencia de calor. Teoría cinética: considera a las moléculas como diminutas esferas que se encuentran en movimiento y que por lo tanto poseen energía cinética. Esta teoría sostiene que el calor es una sustancia llamada calórico similar a un fluido que no tiene masa, es incoloro, inodoro e insípido y que puede pasar de un cuerpo a otro. El calor se transfiere mediante tres mecanismos: Conducción: es la transferencia de energía de las partículas más energéticas de una sustancia a las adyacentes menos energéticas, como resultado de la interacción entre partículas. Convección es la transferencia de energía entre una superficie sólida y el fluido adyacente que se encuentra en movimiento, y tiene que ver con los efectos combinados de la conducción y el movimiento del fluido. Radiación es la transferencia de energía debida a la emisión de ondas electromagnéticas (o fotones). 12 Energía, transferencia de energía y análisis general de la energía 2-3 Transferencia de energía por calor El trabajo es también una forma de energía transferida como calor y por lo tanto tiene unidades de energía como kJ. El trabajo realizado durante un proceso entre los estados 1 y 2 se denota por W12 o sólo W. El trabajo por unidad de masa de un sistema se denota mediante w y se expresa como: El trabajo realizado por unidad de tiempo se llama potencia y se denota como W. Las unidades de potencia son kJ/s, o kW. Calor y trabajo son cantidades direccionales y la descripción completa de sus interacciones requieren la especificación de la magnitud y la dirección. 13 Energía, transferencia de energía y análisis general de la energía 2-4 Transferencia de energía por trabajo El calor y el trabajo son mecanismos de transferencia de energía entre un sistema y el exterior, y existen muchas similitudes entre ellos: 14 Energía, transferencia de energía y análisis general de la energía 2-4 Transferencia de energía por trabajo Tanto el calor como el trabajo pueden ser reconocidos en las fronteras de un sistema cuando las cruzan; es decir, son fenómenos de frontera. Los sistemas poseen energía, pero el calor o el trabajo no. Ambos se relacionan con un proceso, no con un estado. A diferencia de las propiedades, ni el calor ni el trabajo tienen significado en un estado. Ambos son función de la trayectoria. 2-5 Formas mecánicas del trabajo Hay diversas formas de hacer trabajo, cada una relacionada de cierta manera con una fuerza que actúa a lo largo de una distancia. En la mecánica elemental, el trabajo que realiza una fuerza constante F sobre un cuerpo que se desplaza una distancia s en la dirección de la fuerza se expresa como: 17 Energía, transferencia de energía y análisis general de la energía 2-5 Formas mecánicas del trabajo Formas de trabajo mecánico: Trabajo hecho para elevar o acelerar un cuerpo: la transferencia de trabajo necesaria para acelerar un cuerpo es igual al cambio en su energía cinética. Esta relación es fundamental en el diseño de motores y en la determinación de la potencia necesaria para diversos dispositivos y sistemas, como elevadores, escaleras eléctricas, motores de aviones, automóviles y sistemas hidroeléctricos. Formas no mecánicas del trabajo: Trabajo eléctrico: la fuerza generalizada es el voltaje (el potencial eléctrico) y el desplazamiento generalizado es la carga eléctrica. Trabajo magnético: la fuerza generalizada es la intensidad del campo magnético y el desplazamiento generalizado es el momento dipolar magnético. Trabajo de polarización eléctrica: la fuerza generalizada es la intensidad de campo eléctrico y el desplazamiento generalizado es la polarización del medio. 18 Energía, transferencia de energía y análisis general de la energía 2-6 La primera ley de la termodinámica: “LA ENERGÍA NO SE CREA, NI SE DESTRUYE, SÓLO SE TRANSFORMA” Este enunciado, basado en gran medida en los experimentos hechos por Joule en la primera mitad del siglo XIX, no se puede extraer de ningún otro principio físico conocido y se reconoce como principio fundamental o primera ley de la termodinámica o sólo primera ley. Una consecuencia importante de la primera ley es la existencia y definición de la propiedad energía total E. El principio de conservación de la energía se expresa como: el cambio neto (aumento o disminución) de la energía total del sistema durante un proceso es igual a la diferencia entre la energía total que entra y la energía total que sale del sistema durante el proceso. Mecanismos de transferencia de energía, Eentrada y Esalida: Transferencia de calor: la transferencia de calor hacia un sistema incrementa la energía de las moléculas y por lo tanto la del sistema. Transferencia de trabajo: incrementa la energía de éste, mientras que la transferencia de trabajo desde un sistema la disminuye, puesto que la energía transferida como trabajo viene de la energía contenida en el sistema. Flujo másico: el flujo másico que entra y sale del sistema funciona como un mecanismo adicional de transferencia de energía. Cuando entra masa a un sistema, la energía de éste aumenta debido a que la masa lleva consigo energía. Como la energía puede ser transferida en las formas de calor, trabajo y masa, y su transferencia neta es igual a la diferencia entre las cantidades transferidas hacia dentro y hacia fuera, el balance de energía se expresa de modo más explícito como: 19 Energía, transferencia de energía y análisis general de la energía 2-6 La primera ley de la termodinámica: 23 Energía, transferencia de energía y análisis general de la energía 2-8 Energía y ambiente: La promoción de energías renovables se considera clave para mitigar estos impactos negativos.