2.6.Cálculo de Q,W,U y H en procesos termodinámicos
Cuando un sistema termodinámico pasa de un estado 1 a otro 2, se dice que ha sufrido un proceso termodinámico. Se llama trayectoria o camino a los estados termodinámicos intermedios que llevan del estado 1 al 2. Dos procesos con trayectorias diferentes pueden conectar los mismos estados inicial y final.
Estudiemos ahora algunos procesos particulares:
(a) Proceso cíclico, los estados inicial y final son el mismo. Todas las funciones de estado serán nulas para este proceso.
Sin embargo, q y w no tienen porqué ser cero para un proceso de este tipo ya que no son funciones de estado y su valor depende de la trayectoria que sigue el sistema para ir del punto 1 al 2.
(b) Cambio de fase reversible a T y P constantes, el calor intercambiado es el calor del cambio de fase que puede ser medido experimentalmente. El trabajo se calcula con la integral:
Los volúmenes inicial y final se pueden calcular a partir de la densidad de las sustancias o en caso de ser un gas ideal a partir de la ecuación de estado PV=nRT.
El cambio de entalpía coincide con el calor intercambiado en el cambio de fase, ΔH=qp.
La variación de energía interna se calcula con el primer principio, ΔU=qp+w
(c) Calentamiento a presión constante sin cambio de fase, comenzamos calculando el trabajo. El calor intercambiado coincide con el cambio de entalpía que puede obtenerse a partir de la siguiente ecuación:
ecuación válida a P constante.
El cambio de energía interna se calcula con el primer principio: ΔU=qp+w
(d) Calentamiento a volumen constante sin cambio de fase, dado que el volumen se mantiene constante W=0 y el calor es igual a la variación de energía interna, que se puede calcular con la ecuación:
El cambio de entalpía debe calcularse a partir del cambio de energía interna con la expresión, ΔH=ΔU+Δ(PV) , que a volumen constante queda: ΔH=ΔU+VΔP.
(e) Expansión adiabática de un gas perfecto en el vacío, en una expansión contra en vacío no se realiza trabajo w=0. Como el proceso es adiabático no hay intercambio de calor q=0. Por el primer principio la variación de energía interna también es nula.
El calculo del cambio de entalpía puede realizarse con la ecuación,
En este proceso no puede existir cambio de temperatura ya que supondría cambio en la energía interna del gas.