La energía interna es una propiedad termodinámica que representa la energía total de un sistema. En el caso de los gases, esta energía interna puede cambiar cuando el gas pasa de un estado sólido a un estado gaseoso. En este artículo, exploraremos las ecuaciones que describen este cambio de energía y cómo calcularlo.
Fórmula de la energía interna
La energía interna de un sistema se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:
U = Q - W
Donde U es la energía interna, Q es el calor agregado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.
En el caso de un cambio de estado de sólido a gas, el calor agregado al sistema se puede calcular utilizando la fórmula:
Q = m * ΔH
Donde Q es el calor agregado, m es la masa del sistema y ΔH es el cambio de entalpía durante el cambio de estado.
El trabajo realizado por el sistema durante este cambio de estado se puede calcular utilizando la fórmula:
W = P * ΔV
Donde W es el trabajo realizado, P es la presión y ΔV es el cambio de volumen durante el cambio de estado.
Cálculo del cambio de energía interna
Para calcular el cambio de energía interna durante el cambio de estado de sólido a gas, debemos combinar las fórmulas anteriores. La ecuación resultante sería:
ΔU = m * ΔH - P * ΔV
Donde ΔU es el cambio de energía interna, m es la masa del sistema, ΔH es el cambio de entalpía, P es la presión y ΔV es el cambio de volumen.
Tener en cuenta que estas ecuaciones son válidas para un sistema cerrado, donde no hay transferencia de masa. Si hay transferencia de masa, se deben considerar otros factores y ecuaciones adicionales.
Ejemplo de cálculo
Supongamos que tenemos un sólido que se transforma en gas a una presión constante de 1 atmósfera y un cambio de volumen de 10 litros. Además, el cambio de entalpía durante este cambio de estado es de 5000 J/mol y tenemos 2 moles del sólido. Podemos calcular el cambio de energía interna utilizando la fórmula:
ΔU = m * ΔH - P * ΔV
ΔU = 2 moles * 5000 J/mol - 1 atm * 10 litros
Sustituyendo los valores, obtenemos:
ΔU = 10000 J - 1 atm * 10 litros
Para convertir atm * litros a julios, podemos utilizar la siguiente conversión:
1 atm * 1 litro = 10325 J
Sustituyendo este valor, obtenemos:
ΔU = 10000 J - 10325 J
ΔU = 989675 J
Por lo tanto, el cambio de energía interna durante este cambio de estado es de aproximadamente 989675 J.
Las ecuaciones de energía nos permiten calcular el cambio de energía interna durante el cambio de estado de sólido a gas. Conocer estas ecuaciones es importante para comprender los procesos termodinámicos y calcular la energía involucrada en ellos.
Consultas habituales
- ¿Qué es la energía interna?
- ¿Cómo se calcula el cambio de energía interna?
- ¿Qué es el cambio de entalpía?
- ¿Qué es el cambio de volumen?
La energía interna es la energía total de un sistema termodinámico, que incluye la energía cinética y potencial de sus partículas.
El cambio de energía interna se calcula restando el trabajo realizado por el sistema al calor agregado al sistema: ΔU = Q - W.
El cambio de entalpía es la cantidad de calor liberada o absorbida durante un proceso químico o físico a presión constante.
El cambio de volumen es la diferencia entre el volumen final y el volumen inicial de un sistema durante un cambio de estado.
Referencias
- Smith, J. M., Van Ness, H. C., Abbott, M. M., & Swihart, G. H. (2005). Introducción a la termodinámica en ingeniería química. McGraw-Hill.
- Callen, H. B. (1985). Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics. John Wiley & Sons.
Espero que esta información te haya sido útil. Si tienes alguna otra pregunta, no dudes en hacerla.