Transferencia de energía en termodinámica: calor, trabajo y entalpía
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Transferencia de energía: calor y trabajo
Cuando ocurre una transformación en un sistema, la energía varía producto del intercambio entre sistema y entorno; esta variación se puede expresar en forma de calor o trabajo.
Calor
Calor: se define como la transferencia de energía que se produce de un sistema a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura. El calor fluye desde un cuerpo o sistema de mayor temperatura a otro de menor temperatura hasta llegar a un equilibrio térmico.
El calor no es una función del estado, ya que depende del proceso o camino realizado para pasar del estado inicial al final.
Trabajo
Trabajo: es otro mecanismo de transferencia de energía en el cual la energía se intercambia mediante un dispositivo mecánico entre el entorno y el sistema. Se puede expresar, por ejemplo, como W = F · d.
El trabajo no es una función del estado, ya que depende del camino, es decir, de la forma en que se realiza la transformación.
Primera ley de la termodinámica
La termodinámica se basa en dos principios: la energía del universo es constante y el desorden del universo (la entropía) tiende a aumentar.
Primer principio o ley de la termodinámica
Corresponde al principio de la conservación de la energía: la energía del universo permanece constante, es decir, la energía se transporta entre un sistema y su entorno.
La primera ley se puede enunciar como: la variación de la energía interna de un sistema es igual al calor absorbido por el sistema más el trabajo realizado sobre el sistema. Su expresión matemática habitual es: ΔU = q + w.
Entalpía
La variable de estado que se relaciona con procesos a presión constante vinculados al primer principio de la termodinámica es la entalpía, la cual describe los cambios térmicos que se llevan a cabo a presión constante.
La entalpía:
- Es una función de estado, por lo que no depende del camino recorrido.
- Es una propiedad extensiva, ya que depende de la masa del sistema.
Su expresión relacionada con el calor a presión constante es: Qp = H2 − H1 = ΔH.
ΔH es la variación de la entalpía: ΔH = H_final − H_inicial.
Para una reacción: ΔH = ΣH°(productos) − ΣH°(reactantes)
Clasificación según el calor involucrado
De acuerdo con el calor involucrado en una reacción química, estas pueden ser:
- Endotérmicas: absorben calor.
- Exotérmicas: liberan calor.