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Energía interna y entalpía de un gas perfecto

1845
  • James Prescott Joule
Laboratory apparatus for measuring internal energy and enthalpy of a perfect gas in thermodynamics.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

For a perfect gas, the internal energy ([latex]U[/latex]) and enthalpy ([latex]H[/latex]) are functions of temperature only. Their changes are given by [latex]\Delta U = m c_v \Delta T[/latex] and [latex]\Delta H = m c_p \Delta T[/latex], where [latex]c_v[/latex] and [latex]c_p[/latex] are the specific heats at constant volume and presión, respectively, and are assumed to be constant.

Un pilar fundamental del modelo de gas ideal es el principio de que su energía interna depende únicamente de su temperatura. Esto fue demostrado experimentalmente por James Prescott Joule en sus experimentos de expansión. Para un gas ideal, la energía interna es la suma de las energías cinéticas de sus moléculas constituyentes. Dado que la temperatura es una medida de la energía cinética promedio, la energía interna es función de la temperatura. El modelo de gas ideal simplifica aún más esto al asumir una relación lineal a través de un calor específico constante a volumen constante, [latex]c_v[/latex]. Por lo tanto, el cambio en la energía interna específica es [latex]Delta u = c_v Delta T[/latex].

Enthalpy ([latex]H[/latex]) is a termodinámica potencial definido como [latex]H = U + PV[/latex]. Para un gas perfecto, utilizando el ley de los gases ideales (PV = nRT), la entalpía se convierte en H = U(T) + nRT, que también es función únicamente de la temperatura. El cambio en la entalpía específica viene dado de forma similar por Δh = cp ΔT, donde cp es el calor específico constante a presión constante. Esta simplificación es sumamente útil en ingeniería, ya que permite calcular directamente los cambios de energía en procesos como la compresión, la expansión y el calentamiento sin necesidad de tablas complejas ni ecuaciones de estado, constituyendo la base para el análisis de motores, refrigeradores y centrales eléctricas.

UNESCO Nomenclature: 2212
– Thermodynamics

Tipo

Theoretical Model

Ruptura

Foundational

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • first law of thermodynamics
  • joule’s expansion experiment
  • concepto de energía interna
  • ideal gas law
  • definición de entalpía

Aplicaciones

  • Análisis de ciclos termodinámicos (p. ej., Brayton, Otto)
  • Cálculo de la transferencia de calor en sistemas de gas
  • diseño de intercambiadores de calor
  • Modelado de turbinas de gas y motores a reacción
  • chemical process engineering for energy balance calculations

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Software de auditoría energética en tiempo real para hornos de gas industriales
  • control systems for cryogenic gas liquefaction that optimize energy consumption
  • Algoritmos de mantenimiento predictivo para compresores de gas basados ​​en el rendimiento térmico
  • Herramientas de simulación para diseñar sistemas de refrigeración de motores de combustión interna más eficientes
  • Sistemas de gestión térmica en chip para sensores de gas a microescala
  • modelos dinámicos para optimizar centrales eléctricas de ciclo combinado
  • software for calculating the huella de carbono of industrial heating processes
  • Modelado termodinámico avanzado para el blindaje térmico de vehículos hipersónicos
  • Desarrollo de nuevos ciclos de refrigeración utilizando mezclas de gases no estándar
  • Diseño automatizado de generadores de vapor con recuperación de calor
Related to: internal energy, enthalpy, perfect gas, Joule’s first law, specific heat, temperature, thermodynamics, energy balance, heat transfer, thermodynamic cycles.

Contexto histórico

Energía interna y entalpía de un gas perfecto

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1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1850
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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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