TERMODINÁMICAIntroducción -- calor especifico

Calor específicoCuando consideramos la variable masa, la variable física que nos puede entregar información relevante, se denomina calor específico. En este nuevo concepto subyacen dos conceptos o variables importantes, estas son; la masa y la capacidad térmica

Se puede comprobar experimentalmente que en general la capacidad térmica o capacidad calórica, para dos sustancias de igual naturaleza, está supeditada a la masa que cada una de ellas posea.

Misma sustancia

m3

m2

m1C1

C2

C3

Ctem

C

m

C

m

C

3

3

2

2

1

1

Definición:

El calor específico indica la cantidad de energía en forma de calor que se le debe suministrar a una determinada sustancia, por unidad de masa, para incrementar su temperatura en 1°C.

Si un cuerpo de masa m, posee una capacidad térmica (calórica) C, el calor específico “c” de este material está dado por la expresión:

m

Cc

SUSTANCIA CALOR ESPECÍFICO ( cal/ gr °C)

Agua 1.00

Hielo 0.55

Vapor de agua 0.50

Aluminio 0.22

Vidrio 0.20

Hierro 0.11

Latón 0.094

Cobre 0.093

Plata 0.056

Mercurio 0.033

0.031

   

Plomo

Tabla con algunas constantes de calor específico

Se definen dos tipos de capacidades calóricas: a volumen constante Cv y a presión constante Cp.

CV = = dU = CV dT

CP = = dH = CP dT

VdT

q

VdT

dU

PdT

q

PdT

dH

Para un gas ideal se cumple que cP - cV = R

Se denomina índice adiabático ( ) de un gas ideal al cuociente:

V

P

c

c

Para gases monoatómicos RcV 2

3

Para gases diatómicos RcV 2

5

Procesos adiabáticos reversibles

.cteVPVPVP BBAA

Ejercicios

Ejercicio 1: 10 litros de un gas monoatómico igual a 25°C y 10 atm de presión se expanden a una presión final de 1 atm. La capacidad calórica molar del gas a V constante, CV, es 1,5 R y es independiente de la temperatura. Calcule el trabajo realizado, el calor absorbido y el cambio de energía interna (∆U) y de entalpía (∆H) para el gas, si el proceso se lleva a cabo:

a) Isotérmicamente y de manera reversible.

b) Adiabáticamente y de manera reversible.

Habiendo determinado el estado final del gas después de la expansión adiabática reversible, verifique que el cambio en U para el proceso es independiente de la trayectoria tomada entre los estados inicial y final, al considerar que los procesos se realizan de la siguiente manera:

1. Un proceso isotérmico seguido de un proceso isocórico.2. Un proceso isocórico seguido de un proceso isotérmico.3. Un proceso isotérmico seguido de un proceso isobárico.4. Un proceso isocórico seguido de un proceso isobárico.5. Un proceso isobárico seguido de uno isocórico.

Ejercicio 2: Dos moles de un gas, que se encuentran inicialmente a una presión de 10 atm. y que ocupan un volumen de 5 (L), se someten a un proceso cíclico reversible, en el sentido de las agujas de un reloj, cuya trayectoria esta dada por (V – 10)2 + (P – 10)2 = 25. Calcule la cantidad de trabajo realizado por el gas como resultado del proceso y calcule las temperaturas máxima y mínima que alcanza el gas durante este proceso cíclico.

Resp: 7958 (J), T max = 1116 K, Tmínima = 225 K