Fundamentos de la Termodinámica

Los fundamentos de la termodinámica abarcan desde la Ley Cero, que establece las bases del equilibrio térmico, hasta la Primera Ley y la conservación de la energía. Se exploran funciones como la entropía y la entalpía, cruciales para entender reacciones y balances energéticos. La termodinámica experimental valida teorías y avanza en aplicaciones prácticas en diversas disciplinas científicas.

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1

Si dos sistemas están en equilibrio con un tercero, también lo están ______ según esta ley.

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entre sí

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Fue ______ ______ quien introdujo el concepto de equilibrio térmico en el ______ XVIII.

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Joseph Black siglo

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Conservación de energía en sistemas aislados

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La energía total permanece constante; no se crea ni se destruye, solo se transforma.

4

Relación entre trabajo, calor y energía interna

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Cambio en energía interna igual a energía transferida como trabajo o calor.

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Aplicabilidad de la Primera Ley de la Termodinámica

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Válida para sistemas aislados, cerrados y abiertos con energía transferida cuantificada.

6

La ______ libre de ______ (A) y la ______ libre de ______ (G) derivan de la ______ interna (U).

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energía Helmholtz energía Gibbs energía

7

Estas funciones de estado son útiles para analizar ______ y ______ en termodinámica.

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equilibrios procesos

8

El uso de ______ diferencial e ______ permite estudiar fenómenos como la ______ de las reacciones.

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cálculo integral espontaneidad

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Las funciones termodinámicas ayudan a entender las ______ de fase y otras propiedades ______ de un sistema.

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transformaciones termodinámicas

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Definición de Energía Interna (U)

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Suma de energías microscópicas en un sistema, incluye energías cinéticas, potenciales e intermoleculares.

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Característica de la Energía Interna

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Propiedad extensiva, depende de la cantidad de sustancia.

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Ejemplo de Cambio en Energía Interna

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Compresión adiabática de un gas aumenta U y puede elevar la temperatura.

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En reacciones químicas a presión constante, el cambio de ______ es igual al ______ intercambiado.

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entalpía calor

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Las reacciones que liberan calor y disminuyen la ______ del sistema se llaman ______.

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entalpía exotérmicas

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Por otro lado, las reacciones que ______ calor y ______ la entalpía se conocen como endotérmicas.

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absorben aumentan

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Ecuación de balance energético

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Considera todas las formas de energía que entran y salen de un sistema, incluyendo interna, cinética, potencial, trabajo y calor.

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Conservación de materia y energía

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Principio que se debe respetar en cualquier transformación o ciclo termodinámico, asegurando que no hay pérdida total de materia o energía.

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Diseño y análisis de procesos en ingeniería

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Aplica el análisis de balance másico y energético para garantizar la eficiencia y viabilidad de los procesos industriales.

19

La ______ experimental incluye la creación de sistemas para evaluar variables como la ______, ______ y la ______ de calor.

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termodinámica temperatura presión transferencia

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En la experimentación termodinámica, se utilizan ______ termostáticos y ______ peristálticas para mantener condiciones estables y medir los ______ de los fluidos.

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baños bombas flujos

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La correlación entre los ______ experimentales y la ______ es crucial para el progreso de la ______ y su uso en áreas como la ______ química.

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datos teoría termodinámica ingeniería

Preguntas y respuestas

Aquí tienes una lista de las preguntas más frecuentes sobre este tema

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Funciones Termodinámicas Fundamentales

Las funciones termodinámicas fundamentales, como la entropía (S), la entalpía (H), la energía libre de Helmholtz (A) y la energía libre de Gibbs (G), son esenciales para describir y predecir el comportamiento de los sistemas termodinámicos. Estas funciones de estado derivan de la energía interna (U) y proporcionan información valiosa sobre las propiedades termodinámicas de un sistema. Utilizando principios de cálculo diferencial e integral, estas funciones permiten analizar equilibrios y procesos, facilitando la comprensión de fenómenos como la espontaneidad de las reacciones y las transformaciones de fase.

Energía Interna y Trabajo en Sistemas Termodinámicos

La energía interna (U) es la suma total de todas las energías microscópicas en un sistema, incluyendo las energías cinéticas y potenciales de las partículas, así como las energías asociadas a interacciones intermoleculares. Es una propiedad extensiva que varía con la cantidad de sustancia en el sistema. El trabajo es una forma de transferencia de energía que puede cambiar la energía interna de un sistema sin intercambio de calor. Por ejemplo, en la compresión adiabática de un gas, el trabajo realizado sobre el sistema incrementa su energía interna, lo que puede resultar en un aumento de temperatura.

Entalpía y Reacciones Termodinámicas

La entalpía (H) es una función termodinámica que representa la energía total de un sistema a presión constante, definida como la suma de la energía interna más el producto de la presión y el volumen del sistema (H = U + PV). Es especialmente útil en el contexto de reacciones químicas, ya que el cambio de entalpía (∆H) durante una reacción a presión constante es igual al calor intercambiado. Las reacciones exotérmicas liberan calor y disminuyen la entalpía del sistema, mientras que las reacciones endotérmicas absorben calor y aumentan la entalpía.

Balance Másico y Energético en Termodinámica

El análisis de balance másico y energético es fundamental en termodinámica para determinar cómo la materia y la energía se conservan y transforman en un sistema. La ecuación de balance energético considera todas las formas de energía que entran y salen, incluyendo energía interna, cinética, potencial, así como el trabajo y el calor transferidos. Este enfoque es esencial para el diseño y análisis de procesos en ingeniería, garantizando que se respeten las leyes de conservación de la materia y la energía en cualquier transformación o ciclo termodinámico.

Aplicaciones Experimentales en Termodinámica

La termodinámica experimental implica la configuración de sistemas controlados para medir variables como temperatura, presión y transferencia de calor. Equipos como baños termostáticos y bombas peristálticas son herramientas comunes en estos experimentos, permitiendo mantener condiciones controladas y medir flujos de fluidos con precisión. Estos experimentos son cruciales para validar modelos teóricos y comprender los principios termodinámicos en la práctica. La correlación entre datos experimentales y teoría es vital para el avance de la termodinámica y su aplicación en campos como la ingeniería química, la biotecnología y la física de materiales.