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Energía interna y entalpía de un gas perfecto

1845
  • James Prescott Joule
Aparato de laboratorio para medir la energía interna y la entalpía de un gas perfecto en termodinámica.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Para un gas perfecto, la energía interna ([latex]U[/latex]) y la entalpía ([latex]H[/latex]) son sólo funciones de la temperatura. Sus cambios vienen dados por [latex]\Delta U = m c_v \Delta T[/latex] y [latex]\Delta H = m c_p \Delta T[/latex], donde [latex]c_v[/latex] y [latex]c_p[/latex] son los calores específicos a volumen constante y presión, respectivamente, y se suponen constantes.

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 thermodynamic potential defined as [latex]H = U + PV[/latex]. For a perfect gas, using the ideal gas law ([latex]PV = nRT[/latex]), enthalpy becomes [latex]H = U(T) + nRT[/latex], which is also a function of temperature only. The change in specific enthalpy is similarly given by [latex]\Delta h = c_p \Delta T[/latex], where [latex]c_p[/latex] is the constant specific heat at constant pressure. This simplification is immensely powerful in engineering, as it allows for straightforward calculation of energy changes in processes like compression, expansion, and heating without needing complex tables or equations of state, forming the basis for analyzing engines, refrigerators, and power plants.

UNESCO Nomenclature: 2212
- Termodinámica

Tipo

Modelo teórico

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • primera ley de la termodinámica
  • experimento de expansión de joule
  • concepto de energía interna
  • ley de los gases ideales
  • 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
  • Ingeniería de procesos químicos para cálculos de balance energético

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: energía interna, entalpía, gas perfecto, primera ley de Joule, calor específico, temperatura, termodinámica, balance energético, transferencia de calor, ciclos termodinámicos.

Contexto histórico

Energía interna y entalpía de un gas perfecto

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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)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados.

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