Termodinámica
Energía interna
La energía interna de un sistema es
una caracterización de la energía microscópica de todas las
partículas que lo componen. Un sistema está formado por gran cantidad de
partículas en movimiento. Cada una de ellas posee:
- Energía cinética, por el hecho de encontrarse a una determinada velocidad
- Energía potencial gravitatoria, por el
hecho de encontrarse en determinadas posiciones unas respecto de
otras
- Energía potencial elástica, por el hecho vibrar en el interior del sistema
Existen,
además, otros tipos de energía asociadas a las partículas microscópicas tales
como la energía química o
la nuclear.
En
definitiva, en el interior de
un sistema conviven distintos tipos de energía, asociadas a las partículas
microscópicas que los componen y que forman su energía interna.
En termodinamica la energia intena de un sistema (U) es una variable de estado. Representa la suma de toda la suma de la energia de las particulas microscopicas que compone el sistema. Su unidad de medida es el joule (j)
Energía interna en gases ideales
En los gases ideales, la energía
interna se puede aproximar a la energía cinética media de las partículas que lo
componen. La expresión que se recoge más abajo permite determinar su variación
en un proceso cuyo volumen permanece constante (proceso isocórico).
La
energía interna de un gas ideal depende únicamente de la termperatura que
tenga el gas. Lavariación de energía
interna que experimenta un gas al cambiar de temperatura viene dada
por:
∆U=m⋅cv⋅∆T
Donde:
- ∆U : Incremento
de energía interna del gas ( ∆U = Ufinal - Uinicial ). Su
unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio ( J )
- m : Masa. Cantidad
de gas considerada. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el
kilogramo ( kg )
- cv : Calor
específico a volumen constante. Representa la facilidad que el gas
tiene para variar su temperatura cuando intercambia calor con el entorno.
Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio por kilogramo
por kelvin ( J/kg·K )
aunque también se usa con frecuencia la caloría por gramo y por grado
centígrado ( cal/g·ºC ). Cuando
conocemos el número de moles de sustancia en lugar de su peso (nos
dan m en moles),
podemos usar el calor específico molar que se suele específicar en J/mol·K ó cal/g·ºC
- ∆T : Variación de temperatura. Viene determinada por la diferencia entre la temperatura inicial y la final ∆T = Tf -Ti . Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el kelvín ( K ) aunque también se suele usar el grado centígrado o celsius ( ºC )
Primera ley de la termodinámica
La primera ley de la termodinámica establece una relación entre
la energía interna del sistema y la energía que intercambia con el entorno en
forma de calor o trabajo.
∆U= Q - W
Donde:
- ∆U : Incremento de energía interna del
sistema ( ∆U = Ufinal - Uinicial ).
Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio ( J )
- Q : Calor intercambiado por
el sistema con el entorno. Su unidad de medida en el Sistema Internacional
es el julio ( J ), aunque también se suele usar la
caloría ( cal ). 1 cal = 4.184 J
- W : Trabajo intercambiado por el sistema con el entorno. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio ( J )
Problemas
1)Un sistema sufre un proceso en el cual absorbe 219 joule y se expande realizando un trabajo de 319 joule ¿cuál es la variación de la energía interna en joule que experimento el sistema?
1)Un sistema sufre un proceso en el cual absorbe 219 joule y se expande realizando un trabajo de 319 joule ¿cuál es la variación de la energía interna en joule que experimento el sistema?
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
//1)Declaración:
int u,q,w;
//2) Asignacion:
cout<<"ingrese el calor absorbido (cal): "; cin>>q;
cout<<"ingrese el trabajo realizado(joule): "; cin>>w;
//3Proceso:
u=q-w
//4) Resultado
;cout<<"calor trasferido es: "<<u<<endl;
using namespace std;
int main()
{
//1)Declaración:
int u,q,w;
//2) Asignacion:
cout<<"ingrese el calor absorbido (cal): "; cin>>q;
cout<<"ingrese el trabajo realizado(joule): "; cin>>w;
//3Proceso:
u=q-w
//4) Resultado
;cout<<"calor trasferido es: "<<u<<endl;
Problema
2) Un sistema termodinámico libera 120 joule de calor a su vecindad y de el se realiza un trabajo de 280 joule. Determine la energía final interna si la energía inicial era de 286 joule.
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
//1)Declaración:
int uf,q,uo,w;
//2) Asignacion:
cout<<"ingrese el calor liberado (cal): "; cin>>q;
cout<<"ingrese el trabajo realizado(joule): "; cin>>w;
cout<<"ingrese la energia interna inicial: "; cin>>uo;
//3Proceso:
uf=q+w+uo
//4) Resultado
;cout<<"la energia final es: "<<uf<<endl;
system("pause");
return 0;
}
