TERMODINAMICA

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TermodinmicaTermodinmica

Estudia Las transformaciones de la energa entre los sistemas.

SISTEMACualquier parte del universo que se desea estudiar. La posicin exacta de las fronteras del sistema se fija de acuerdo al problema que se desea estudiar.Un sistema puede ser por ejemplo un grupo de tomos, de minerales o de rocas, petrleo, agua, etc.Los cambios que ocurren en el sistema pueden o no involucrar interaccin con el entorno.Definicionesalrededoresaislado

Sistema cerrado

No hay intercambio de materia entre el sistema y alrededores (masa y composicin constante). Hay transferencia de energa hacia dentro o hacia afuera del sistema; Ejemplo: calentamiento de un tanque conteniendo agua.

FASE

Es cada una de las partes del sistema fsicamente homognea y que se separan de las dems partes del sistema por superficies bien definidas y se pueden separar mecnicamente de las otras fases. Un sistema puede estar compuesto por una fase (sistema homogneo) o por dos o ms fases (sistema heterogneo). P. ej. una solucin sobresaturada de cloruro de sodio, una mezcla de gases, etc.Estado: Es la condicin en que un sistema se encuentra en un instante particular.Energa: Capacidad de la materia para realizar un trabajo.Proceso: Conjunto de trnsformaciones de un sistema para pasar de un estado a otro.Camino: es una sucesin de estados, a travs de los cuales un sistema pasa para llevar a cabo algn proceso.

Un sistema est en equilibrio termodinmico cuando no se observa ningn cambio en sus propiedades termodinmicas a lo largo del tiempo. O cuando se encuentra en equilibrio mecnico. Trmico y qumico.

EQUILIBRIO

Este estado tiene dos atributos:

En un sistema en equilibrio ninguna de sus propiedades cambian con el tiempo.

2. Un sistema en equilibrio retornar a ese estado despus de haber sido perturbado, esto es, al cambiar ligeramente uno o ms parmetros y regresarlos nuevamente a sus valores originales.

Cualquier sistema que tenga gradientes de temperatura, presin o composicin, tender a cambiar hasta eliminar esos gradientes.

P. ej. Dos cuerpos a diferentes temperaturas, llegarn al equilibrio trmico al igualar las sus temperaturas.

Analoga mecnica de un sistema qumico.Los sistemas naturales tienden a estados de mnima energa.

Equilibrio estableNivel de energa ms bajo. Rene los atributos de equilibrio. P. ej. grafito.

Equilibrio metaestableRene los atributos de equilibrio, pero no tiene el nivel energtico ms bajo. Slo si se supera la barrera de energa (energa de activacin) se acceder al estado estable. P. ej. Diamante en la superficie de la tierra

Sistema inestableEl sistema cambia muy infinitesimalmente lento con el tiempo que parece no llevar a cabo cambio alguna en sus propiedades.

Los sistemas en equilibrio tienen propiedades mensurables.

Una funcin de estado, es cualquier cantidad que tiene un valor fijo e invariable en un sistema en equilibrio. (p. ej., temperatura, densidad, volumen, presin,). Estas variables caracterizan a los estados termodinmicos y dependen slo del estado presente del sistema y no de la forma en que se alcanz ese estado. Sus cambios solamente depende del estado inicial y final del proceso, independientes del camino seguido. Estas son: T, P, V, U, H, S, A y G.

VARIABLES o PROPIEDADES DE ESTADO

PROCESO ISOBARICO

PROCESO ISOCORICO

Propiedades extensivasSon proporcionales a la cantidad de materia considerada y por lo tanto dependen del tamao del sistema( de la masa). Estas propiedades son aditivas; el valor del todo es igual a la suma de las partes. Ej. volumen, masa, energa interna, entalpa, entropia, etc.

Propiedades intensivasSon independientes de la cantidad de materia (del tamao del sistema). No son aditivas. Ej., concentracin, temperatura, presin, densidad, etc.Incluye propiedades molares, como el volumen molar.

PROCESOSConjunto de transformaciones de un sistema para pasar de un estado a otro..Se reconocen dos tipos extremos e ideales de proceso termodinmico:Proceso termodinmico irreversible

Proceso muy rpido, brusvco, con friccin, etc. Se orienta en una sola direccin cuando transcurre. La explosicn de la dinamita, etc.

Proceso termodinmico reversible

Es aquel que se realiza en forma infinitesilamnente lenta con el tiempo, indefinido, de tal manera que cuando sregresa en sentido contrario, pasar por los mismos estados en que pas en forma directa.Cambio de un estado inicial estable a un estado final tambin estable, pasando por una secuencia continua de estados de equilibrio. En la naturaleza no existen procesos perfectamente reversibles, se emplean slo como modelos termodinmicos.Proceso: Cclico, isocrico, isotrmico, isobarico, isotrpico,

Primera Ley de la Termodinmica

Ley de la conservacin de la energa: La energa no se crea ni se destruye

Energa interna (U): Energa asociada con la materia independiente de su posicin y velocidad (potencial y cintica. Est relacionada con la estructura de las molculas. Es una funcin de estado.

La energa total, ET , de un sistema puede descomponerse en energa de masa (Em), energa cintica (Ek), energa potencial (Ep), y energa interna (U):

ET = Em + Ek + Ep + U

La energa interna U considera la energa de las partculas que constituyen el sistema y sus interacciones a corta distancia.

TRABAJO DE EJE

PROCESOADIABATICO

DU = Dq + Dw wrev = - P dV a P=ctePara un cambio infinitesimal:

dU = dq + dw

dU = dq PdV (P = cte)Si se suministra calor a un sistema (+dq), ste se expandir (+dV), realizando trabajo sobre el entorno (- PdV).

El aumento en la energa interna (U) debida al calor absorbido, es compensado por el trabajo (w) liberado hacia el entorno.En la definicin de trabajo (w) se incluye un signo negativo para obtener trabajo positivo realizado sobre el sistemaFormulacin de la Primera Ley de la TermodinmicaPROCESO ISOTERMICO

Al bajar P, la burbuja se expande realizando trabajo sobre el entorno. Para mantener T constante, el gas debe absorber calor del entorno: Dq = -w ; w < 0 (libera trabajo) ; q > 0 (absorbe calor).Qu pasara si se aumenta la presin del sistema?EjemploPrimera Ley de la TermodinmicaExpansin isotrmica de una burbuja de gas en ascenso.

Continuacion

Vlvula reductora de presion

PROBLEMASCalcule el volumen ocupado por 1 kg de etano a 354C y 50 atm, mediante la ley de los estados correspondientes. Las constantes crticas para el etano son: Pc= 48,2 atm; Tc=305,4 K.

ESPRESAR LA ECUACION DE VAN DE WAALS EN FORMA VIRIAL EN UNA SERIE DE POTENCIAS EN RELACIN AL VOLUMEN.

DOS RECIPIENTES RIGIDOS DE IGUAL TAMAO SE CONECTAN MEDIANTE UNA TUBERIA DE VOLUMEN DESPRECIABLE( TAL COMO SE MUESTRA EN LA FIGURA). UNO DE LOS RECIPIENTES SE INTRODUCE EN UN BAO A LA TEMPERATURA CONSTANTE DE 200K, MIENTRAS QUE EL OTRO RECIPIENTE SE INTRODUCE EN UN BAO A 300K. ESTANDO LOS RECIPIENTES EN ESTAS CONDICIONES SE INYECTA 1 MOL DE UN GAS IDEAL. CALCULAR:EL NUMERO DE MOLES EN CADA RECIPIENTE.

UTILICE LAS SIGHUIENTES DENSIDADES DEL AGUA EN FUNCION DE LA P Y T PARA ESTIMAR PARA EL AGUA A 25C y 1 ATM.---------------------------------------------------------T(C)P(atm)(g/cm3)---------------------------------------------------------25 1 0,99704426 1 0,99678325 2 0,997092---------------------------------------------------------

Un mol de un gas ideal a 27C y 1,0 MPa, se xpanden reversible y adiabaticamente hasta una presin final de 0,10 MPa. Calcular la temperatura final, asi como: a) q b) W c) U d) H.Cules sern los valores de a) q b) W c) U d) H, si el gas se expandiera partiendo de las mismas condiciones de P y T, en contra de una presin constante de 0,10 Mpa.

Un mol de gas ideal diatmico se encuentra a 25C y 2 atm de presin. Duplica su volumen siguiendo los siguientes procesos reversibles: 1) Expansin isotrmica 2) Expansin adiabtica c) Expansin a lo largo de la trayectoria: P= 0,1V + k, donde P= atm, V= dm3/mol y k una constante. Calcular:A) La presin final en cada procesoB) Graficar cada proceso en un diagrama Pvs. VC)q, W, U, en cad proceso.

Se comprime un mol de aire en condiciones normales reversibles e isotermicamente hasta reducir su volumen a la mitad. Luego se expande por va adiabtica reversible hasta alcanzar su presin original. Calcule:A) El trabajo total asociado a los procesosB)El calor total C)La variacin de la energa internaD)La temperatura final

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