ENERGÍA

CONCEPTOS BÁSICOS

Energía: es la capacidad para realizar o para transferir calor. Su unidad en el Sistema Internacional es el joule (J)

Trabajo (W):  es la energía utilizada para mover un objeto contra una fuerza. Depende de la fuerza aplicada y la distancia recorrida. Su fórmula es 

W = Fuerza x distancia.

Calor (q): es la energía empleada para incrementar una temperatura de un objeto. Se transfiere de un objeto más caliente hacia uno más frío.

Energía Interna (E): suma de todas las energías (cinéticas y potenciales) de las partículas que forman un sistema.

Energía cinética (E_k): es la energía asociada al movimiento. Depende de su masa (m) y velocidad (v). Su formula es

E_k = ½ · m · v²

Energía potencial (Ep): energía en virtud de la posición de un objeto con respecto a otros objetos, Depende de su masa (m), la altura (h) relativa respecto al suelo y a la gravedad (g=9,8 m/s²).

E_p = g · m · h 

Relación general de la energía

El cambio en la energía de un sistema se expresa como:

ΔE = W + q

SISTEMA Y SU ENTORNO

Sistema: parte limitada y bien definida del universo escogida para su estudio.

Entorno: resto del universo.

En una reacción química los reactivos y los productos constituyen el sistema, el recipiente y todo lo demás se considera su entorno.

TIPOS DE SISTEMAS

Sistema abierto: sistema donde la materia y la energía se pueden intercambiar con el entorno.

Sistema cerrado: sistema en el que hay intercambio de energía, pero no de materia.

Sistema aislado: no hay intercambio de energía ni de materia con el entorno.

Sistema Adiabático: sistemas que conservan la temperatura en periodo de tiempo corto, pueden intercambiar materia.

TRANSFERENCIA DE ENERGÍA (TRABAJO Y CALOR)

Primera Ley de la Termodinámica: “Cualquier energía perdida por un sistema debe ganarla su entorno y viceversa”.

Cambio en la energía interna: ΔE = Efinal - Einicial

ΔE = q + W

ΔE > 0 cuando Efinal > Einicial significa que el sistema ganó energía de su entorno.

ΔE < 0 cuando Efinal < Einicial significa que el sistema perdió energía de su entorno.

CONVENCIÓN DE SIGNOS

Proceso endotérmico: El sistema absorbe calor de su entorno.

Proceso exotérmico: El sisitema pierde calor y lo libera a su entorno.

FUNCIÓN DE ESTADO

El valor de una función de estado solo depende del estado actual de un sistema, no de la trayectoria que el sistema siguió para llegar a dicho estado. Solo depende de los estados inicial y final. La energía es función de estado, el calor y el trabajo NO son funciones de estado.

Ejemplo para explicar función de estado: dos caminantes suben a la misma altura de la montaña (h) partiendo de un mismo punto. Al llegar a la cima, la altura (h) sería la misma para ambos caminantes independientemente del camino seguido por cada uno, por lo tanto, h es función de estado en este ejemplo. Por otro lado, las distancias d1 y d2 sí dependen de la trayectoria seguidas, pues d1 ≠ d2, por lo que no serían funciones de estado.