Ejercicios: Entropía y espontaneidad

Reto del tema. ¿Es eficiente tu cocina? Evalúa la termodinámica del calentamiento de agua en tu hogar frente a la transición energética.

1. Calorimetría doméstica: Calienta $0.5\text{ kg}$ de agua en una olla pequeña durante $3\text{ min}$. Mide $T_i$ y $T_f$ (o toma la temperatura de ebullición) y calcula el calor útil absorbido mediante $Q = m \times c_e \times \Delta T$.

2. Hess, enlaces y primer principio: Calcula la entalpía molar de combustión ($\Delta H^\circ$) del gas empleado (butano o metano) aplicando la ley de Hess o energías de enlace. Estima el trabajo de expansión ($W = -\Delta n_g R T$) de los gases producidos y deduce $\Delta U$. Determina el rendimiento térmico de tu cocina estimando la energía suministrada a partir de la potencia nominal del quemador (o del gas consumido) durante los $3\text{ min}$.

3. Entropía y espontaneidad: Consulta en la web del Servicio Meteorológico Nacional (NWS) la temperatura ambiental de tu ciudad. Utilizando datos termodinámicos estándar tabulados, calcula $\Delta S^\circ$ y $\Delta G^\circ$ a dicha temperatura y razona la espontaneidad del proceso.

4. Propuesta técnica: Redacta un informe razonado (una página) con tablas comparativas, justificando las pérdidas de calor y sugiriendo medidas prácticas de ahorro.

Se evaluará:

• Rigor en el planteamiento y cálculo de variables termodinámicas ($Q$, $W$, $\Delta H^\circ$, $\Delta S^\circ$ y $\Delta G^\circ$).

• Tratamiento y coherencia de los datos experimentales caseros y los meteorológicos oficiales (NWS).

• Capacidad de análisis crítico al interpretar el rendimiento térmico y la espontaneidad del sistema.