Propiedades termodinámicas en la interface líquido vapor

Introducción

• La noción de presión y su variación de un punto a otro en el seno del fluido, son conceptos que se aclaran mucho mejor cuando este está en equilibrio.

Presión en un punto

• En fluido cualquiera en reposo no existen, esfuerzos tangenciales (o cortantes). Así pues, si por un punto P del fluido se pasa una superficie cualquiera y se toma sobre ella un elemento de área dA, la fuerza dF que actúa sobre dA tiene la dirección de la normal a la superficie. Se define entonces la presión como el esfuerzo normal.

• De esta definición se deduce que la presión pn no depende del vector n y que puede dejar de escribirse el subíndice: Este resultado es llamado el teorema de Pascal y se demuestra como sigue.

• En este proyecto analizaremos el comportamiento de algunas propiedades termodinámicas, tales como la tensión superficial, la presión de vapor, el perfil de densidad y el perfil de presión mediante el uso de la dinámica molecular

• En los planos paralelos de coordenadas que pasan por el punto P, las áreas de las caras son las proyecciones de dA y dicha proyección es

• Utilizando la segunda ley de Newton

Análisis y Resultados

1. Simulación de la evolución de 750 partículas de argón con una simulación 500000 pasos

• Dividiendo por ½ dydz, etc y haciendo dxdydz tienda a cero se obtiene

• Donde

• Con el resultado anterior, tenemos que al valor de la presión sobre un elemento de superficie no depende de su orientación. Por consiguiente se puede escribir la definición de presión sin especificar la dirección n

• La presión es pues, una magnitud escalar, única en el seno del fluido. Ahora bien esa magnitud escalar puede variar de un punto a otro, es decir la presión es una función escalar de punto.

• ¿ Que le pasa a la presión en la interfase líquido – vapor ?

• Pues cambian sus componentes ya que en la interfase existe un desequilibrio de fuerzas donde

• Son las presiones tangenciales y

Es la presión normal mejor denominada presión de vapor

Los gases reales difieren en sus propiedades de dos maneras

1. No obedecen a la ecuación de estado de un gas ideal.

2. Un gas real e condiciones adecuadas de temperatura y presión puede licuarse y solidificarse

• Experimentalmente, las isotermas de los gase reales están representadas en la siguiente figura en un espacio de estados p-V. En está gráfica se muestran tres isotermas T1 < Tc < T2. La isoterma Tc es la temperatura critica del gas, define el punto crítico E caracterizado por que cuando su presión y temperatura coinciden con las del gas, este pasa súbitamente a su estado.

• La envolvente FCEBG define la región en la cual las fases líquida y gaseosa coexisten en estado de equilibrio. En está región las presiones del vapor y del liquido son iguales y su valor se conoce como presión de vapor.

Vapor es un gas se encuentra a una temperatura menor que su temperatura crítica: o bien, es un gas que puede licuarse. Sin embargo las propiedades de gases y vapores son idénticas.

• Para un cambio de fase como el de la vaporización (o condensación) es posible calcular la cantidad de calor involucrada en el proceso. Esta cantidad se llama calor latente de vaporización y se define como

• De acuerdo con la primera ley de la termodinámica

y además ya que el proceso es isobárico y reversible. Por tanto

Simulación

La Dinámica Molecular (DM) es una técnica de simulación en la que se permite que átomos y moléculas interactúen por un período de tiempo. En general, los sistemas moleculares son complejos y consisten de un gran número de partículas, por lo cual sería imposible encontrar sus propiedades de forma analítica. Para evitar este problema, la DM utiliza métodos numéricos. Representa un punto intermedio entre los experimentos y la teoría. Puede ser entendida como un experimento en la computadora

2.- Perfil de la densidad con respecto a Z/s con una simulación de 500000 pasos

3.- Perfil de la presión tangencial PT con una simulación de 500000 pasos

4.- Perfil de la diferencia de presiones PN -PT con una simulación de 500000 pasos

5.- Superposición de perfiles de presión con una simulación de 500000 pasos

6.- Perfiles de presión y Tensión superficial con una simulación de 500000 pasos

• ReporteInterfase.pdf page18

7.- Tensión superficial vs temperatura utilizado cinco simulaciones con 50000 pasos.

8.- Logaritmo de la presión de vapor vs 1/T temperatura utilizado cinco simulaciones con 50000 pasos.

y = -6.3923x + 3.6281

Conclusiones

• La dinámica molecular resulta de gran importancia debido a que nos permite entender a los materiales y las moléculas no cómo entidades rígidas, sino como cuerpos animados y además podemos comprender fenómenos de la naturaleza tantos físicos como químicos, como caso particular estudiar, las propiedades termodinámicas que se dan en la interface entre el liquido y el vapor.