guia 2 2do y 3er ppio Flashcards
Desarrolle el concepto de espontaneidad. En términos de energía: ¿Qué determina
la dirección de un proceso espontáneo? Indique con qué función termodinámica se
cuantifica, y como se define esta función para procesos infinitesimales y finitos. Indique
unidades.
La espontaneidad de un proceso determina si este ocurre o no, independientemente del tiempo que tarde. Lo que determina la direccion de un proceso espontaneo es la distribucion de la energia, siendo un proceso espontaneo aquel donde hay dispersion o disipacion de energia.
Se puede cuantificar con la funcion termodinamica entropia (S), un proceso permitido será espontaneo si la S del ssitema aumenta
Definiciones en hoja
Enuncie el Primer Principio de la Termodinámica para sistemas aislados. ¿Qué
función termodinámica define? ¿Qué límites establece el Primer Principio para los cambios?
Enuncie el Segundo Principio de la Termodinámica para sistemas aislados. ¿Qué función termodinámica define? ¿Qué límites establece el Segundo Principio para los cambios?
Primer ppio para sist aislados: la energia interna de un sistema aislado y del universo es constante U= Q+W. Establece el límite de que los cmbios deben mantener U sistema y U universo constantes
Segundo ppio sist aislados: la entropia de un sistema aislado aumenta en un proceso irreversible y permanece constante en uno reversible, nunca disminuye. Entonces, limita que solo seran esontaneos los cambios donde S sistema y S universo aumenten.
Defina entropía en términos de calor e indique sus unidades. Enuncie el Segundo
Principio de la Termodinámica en términos de entropía para procesos infinitesimales y
finitos en condiciones reversibles e irreversibles. ¿Qué restricciones tiene S U como criterio
de espontaneidad?. Indique si es posible que un cambio con un valor de Ss < 0 ocurra.
MUY TOMADA
en termino de calor dS= dQrev/T y las unidades son J/K
2do ppio en terminos de entropia: la entropia de un sist aislado aumenta en el transcurso de un proceso espontaneo e irreversible y permanece constante en un proceso reversible, la entropia nunca disminuye.
ΔS universo no tiene restricciones como criterio de espontaneidad
Un cambio con Ss<0 solo puede ocurrir si ΔS del enntorno es mayor a 0 y |ΔSs|<|ΔS entorno| para que ΔS univ sea mayor a 0
¿Cómo se calcula la entropía de transición de fase? ¿Cómo se manifiesta desde el
punto de vista molecular la variación de entropía en las transiciones de fase para los casos
de la fusión y la vaporización? Enuncie la Regla de Trouton. ¿Cuál sería la interpretación
molecular de la misma?
MUY TOMADA
ΔS transicion de fase= ΔH transicion de fase / T transicion de fase
En las transiciones de fases, a nivel molecular cambian las distancias intermoleculares, los movimientos moleculares, la distribucion del espacio entre moleculas y la disposicion regular de los atomos. La fusion/vaporizacion genera mas distancia, mayor cantidad de movimiento, distribucion mas desordenada y disposicion mas irregular de atomos. Esto define un numero de microestados en cada fase.
Regla de troutn: un amplio conjunto de liquidos presenta aproximadamente la misma entropia de vaporizacion estandar (cerca 85J/Kmol)
casi todos los liquidos tienen una ΔS de vaporiacion muy similar, excepto por el metano y el agua.
El cambio de liquido a gas a expensas de aumento de volumen esta asociado a un numero de microestados posibles y es similar en casi todos los casos
Para un proceso de transferencia espontánea de energía en forma de calor de
un sistema a su entorno:
i)¿Cómo calcula la variación de entropía del sistema?
ii) si P=cte la variación de entropía del entorno se calcula como dS ent = -dH sist /T
ent : justifique explicando las suposiciones que realiza
iii) Indique y justifique el valor de dSu de este proceso (<, >, o = 0).
MUY TOMADA en hoja aparte
Para un proceso de transferencia espontánea de energía en forma de calor de
un sistema a su entorno:
i)¿Cómo calcula la variación de entropía del sistema?
ii) si V=cte la variación de entropía del entorno se calcula como dS ent = -dU sist /T
ent : justifique explicando las suposiciones que usa
iii) Indique y justifique el valor de dSu de este proceso (<, >, o = 0).
MUY TOMADA en hoja aparte
Aplique la desigualdad de Clausius (dS ≥ dq/T) a la transferencia de calor
irreversible de un cuerpo caliente a un cuerpo frío para demostrar que se trata de un
proceso espontáneo.
MUY TOMADA en hoja apare
Esquematice una máquina térmica y el ciclo de Carnot (gráfico P vs V). Indique un
enunciado del Segundo Principio de la Termodinámica asociado al funcionamiento de las máquinas térmicas. Defina el concepto de eficiencia o rendimiento para las máquinas
térmicas en términos de calor y trabajo. Comente qué valores puede tomar la eficiencia y que significaría cada caso en relación al funcionamiento de una máquina térmica. Indique bajo qué condición de temperatura la eficiencia teórica es 1.
MUY TOMADA esquema en hoja
Enunciados de segundo ppio relacionados a maquinas termicas:
-Es imposible construir una maquina que operando en forma ciclicaa transforme calor en trabajo sin producir cambio en el entorno, con eficiencia=1
-Es impsoible transferir calor de un cuerpo de menor T a uno de mayor T sin invertir trabajo.
-No es osible un proceso donde el unico resultado sea absorber calor de un foco y convertirlo completamente en trabajo
La eficiencia en terminos generales puede definirse como trabajo realizado/calor absorbido( por el sistema)
En terminos de calor y temperatura en hoja aparte
Una eficiencia =1 es imposible porque todo el calor seria trabajo, una =0 implico que no se realiza trabajo o sea que no es una maquina termica, y una eficiencia entre 0 y 1 se da en el resto de los casos, siendo en realidad mayormente <0,4
Uns eficiencia teoricoa puede ser =1 en caso que Tf=0K
El ciclo de Carnot permite demostrar que la entropía es una función de estado.
Esquematice dicho ciclo en un gráfico P vs V y calcule la variación de entropía para cada paso
y para el ciclo completo. Indique que otras condiciones se deben cumplir para demostrar
que la entropía es una función de estado
MUY TOMADA
hoja aparte
Para poder demostrar que la entropia es una funcion de estado se debe poder probar que dS=0 para un ciclo particular de un gas ideal, para cualquier sust y cualq ciclo
Esquematice una máquina térmica y el ciclo de Carnot (en un gráfico P vs. V). Defina
el rendimiento o eficiencia para las máquinas térmicas: i) en general, ii) en términos de
calor, y
iii) en términos de temperaturas. Deduzca la expresión matemática para el caso ii) Indique
bajo que condición de temperatura la eficiencia teórica es 1.
igual a 8
Enuncie el Segundo Principio de la Termodinámica que incluye el concepto de
probabilidad. Defina la entropía usando la ecuación de Boltzmann explicando el significado
de los componentes de la ecuación. Relaciónelo con la distribución de moléculas en distintos
estados energéticos en función de la temperatura
2do ppio con probabilidad: cualquier sistema que es abandonado a sí mismo cambiará hacia una condicion de maxima probabilidad
ecuacion boltzman para entropia: S= k ln(W)
W es el numero de estados o microestados posibles y k la constante de proporcionalidad de boltzman
A 0 K, S=0 por ser un unico estado poblado y el nivel de energia minimo. El incremento de T genera un mayor numero de estados, predominantemente de menor energia, haciendo S positivo, hasta que T tiende a infinito y S está en su valor maximo porque todos los estados están igualmente poblados
los estados definen una posibilidad de distribucion de las moleculas a una temperatura dada.
La entropía se asocia a los conceptos de desorden, dispersión y uniformidad de la
materia y la energía. Indique la relación entre estos conceptos y la espontaneidad. Dé un
ejemplo.
MUY TOMADA
los procesos espontaneos son aquellos donde aumenta la entropia del universo, lo que se asocia con un aumento en la uniformidad, dispersion y desorden
en el equilibrio termico entre dos cuerpos, la entropia aumenta, y el proceso se presenta desordenado, disperso y uniforme
Esquematice un gráfico de S en función de la temperatura desde T = 0 hasta T > a
temperatura de ebullición para un compuesto puro. Indique: a) temperaturas de transición
de fase, b) S de cambios de fase, c) ¿Cómo se determina experimentalmente la entropía de un
compuesto a una determinada temperatura T? Considere que T es un valor superior a la T de
fusión y menor a la T de ebullición del compuesto en estudio.
hoja aparte
A 298 K el C grafito es sólido, el H2O es líquida y el H2 es gas. Indique las ecuaciones
que permiten el cálculo de las entropías estándar de cada uno de estos compuestos a dicha
temperatura.
hoja aparte
Enuncie y discuta el Tercer Principio de la Termodinámica indicando en qué teorema(s) y
convención(es) se fundamenta. ¿Cómo se justifica el Tercer Principio en términos de la
interpretación molecular de la entropía?
3er ppio: si la entropia de cada elemento en su estado estandar se toma como 0 a 0K, cada sustancia tiene una entropia positiva que a 0K puede llegar a 0 y formar cristales perfectos. Se fundamenta en:
-Teorema de calor de Nerst: el ΔS de una transformacion es 0 cuando T se acerca a 0K
-Convencion arbitraria: la entropia estandar de los elementos en estado cristalino es 0 a 0K
-Corolario: si las anteriores se cumplen, la entropia de todos los compuestos que forman cristales perfectos es 0 a 0K
a 0K: toda la energia termica es nula, el desorden es 0, cumple como cristal perfecto, y hay solo una forma de ordenar las moleculas
