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TERMODINMICA

Prof.Jos Yanes Alumno: C.I: Escuela:

Richarson Ochoa 16713540 43


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Introduccin

La Termodinmica, en general, tiene por objeto el estudio de las leyes de transferencia

de calor en sistemas en equilibrio. El presente trabajo va desde la definicin simple del

concepto de la termodinmica as como trminos fundamentales de la misma como son

la primera y segunda ley de la termodinmica, la entropa, sistemas de unidades,

sistemas de volumen y control. Para seguir con las propiedades de la termodinmica,

como son la presin, temperatura, propiedades de la sustancia, energa, uso de las tablas

de las propiedades termodinmicas.

En la seccin nmero 3 se aborda lo que son los gases ideales y se definen cada una de

las leyes relacionadas con los mismos como por ejemplo la ley de Boyle, ley de Charles,ley de Avogadro, experimento de joule y las distintas ecuaciones usadas para el estudio

de los gases.

Finalmente en la seccin nmero 4 se habla de calor y trabajo definiendo cada uno, se

explica la diferencia entre cada uno, as como las unidades de medida de cada una.

.


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1. Termodinmica:La termodinmica es una disciplina que se encuadra dentro de la

fsica y que se aboca al estudio de los fenmenos relativos al calor. El inters de la

termodinmica se centra especialmente en considerar la manera en que se transforman

las distintas formas de energa y la relacin existente entre estos procesos y la

temperatura. En efecto, existen evaluaciones que establecen que el desarrollo de la

disciplina se hizo a la par de un intento por lograr una mayor eficiencia en el uso de

mquinas, eficiencia que implicaba que se pierda la menor cantidad de energa bajo la

forma de calor.

La termodinmica basa sus anlisis en algunas leyes La Ley "cero", referente al

concepto de temperatura, la Primera Ley de la termodinmica, que nos habla del

principio de conservacin de la energa, la Segunda Ley de la termodinmica, que nos

define a la entropa. A continuacin vamos a hablar de cada una de estas leyes, haciendo

hincapi en la segunda ley y el concepto de entropa.

1.1 La Primera Ley: La Primera ley de la termodinmica se refiere al concepto de

energa interna, trabajo y calor. Nos dice que si sobre un sistema con una determinada

energa interna, se realiza un trabajo mediante un proceso, la energa interna del sistema

variar. A la diferencia de la energa interna del sistema y a la cantidad de trabajo le

denominamos calor. El calor es la energa transferida al sistema por medios no

mecnicos. Pensemos que nuestro sistema es un recipiente metlico con agua; podemos

elevar la temperatura del agua por friccin con una cuchara o por calentamiento directo

en un mechero; en el primer caso, estamos haciendo un trabajo sobre el sistema y en el

segundo le transmitimos calor.

Cabe aclarar que la energa interna de un sistema, el trabajo y el calor no son ms que

diferentes manifestaciones de energa. Es por eso que la energa no se crea ni sedestruye, sino que, durante un proceso solamente se transforma en sus diversas

manifestaciones.

1.2 La Segunda Ley: En trminos ms o menos sencillos dira lo siguiente: "No existe

un proceso cuyo nico resultado sea la absorcin de calor de una fuente y la conversin

ntegra de este calor en trabajo". Este principio (Principio de Kelvin-Planck) naci del

estudio del rendimiento de mquinas y mejoramiento tecnolgico de las mismas. Si este

principio no fuera cierto, se podra hacer funcionar


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Una central trmica tomando el calor del medio ambiente; aparentemente no habra

ninguna contradiccin, pues el medio ambiente contiene una cierta cantidad de energa

interna, pero debemos sealar dos cosas: primero, la segunda ley de la termodinmica

no es una consecuencia de la primera, sino una ley independiente; segundo, la segunda

ley nos habla de las restricciones que existen al utilizar la energa en diferentes

procesos, en nuestro caso, en una central trmica. No existe una mquina que utilice

energa interna de una sola fuente de calor.

El concepto de entropa fue introducido por primera vez por R. J. Clausius a mediados

del siglo XIX. Clausius, ingeniero francs, tambin formul un principio para la

Segunda ley: "No es posible proceso alguno cuyo nico resultado sea la transferencia de

calor desde un cuerpo fro a otro ms caliente". En base a este principio, Clausius

introdujo el concepto de entropa, la cual es una medicin de la cantidad de restricciones

que existen para que un proceso se lleve a cabo y nos determina tambin la direccin de

dicho proceso. Vamos ahora a hablar de las tres acepciones ms importantes de la

palabra entropa.

1.3 La Entropa, El Desorden Y El Grado De Organizacin: Vamos a imaginar que

tenemos una caja con tres divisiones; dentro de la caja y en cada divisin se encuentran

tres tipos diferentes de canicas: azules, amarillas y rojas, respectivamente. Las

divisiones son movibles as que me decido a quitar la primera de ellas, la que separa a

las canicas azules de las amarillas. Lo que estoy haciendo dentro del punto de vista de la

entropa es quitar un grado o ndice de restriccin a mi sistema; antes de que yo quitara

la primera divisin, las canicas se encontraban separadas y ordenadas en colores: en la

primera divisin las azules, en la segunda las amarillas y en la tercera las rojas, estaban

restringidas a un cierto orden.

Al quitar la segunda divisin, estoy quitando tambin otro grado de restriccin. Las

canicas se han mezclados unas con otras de tal manera que ahora no las puedo tener

ordenas pues las barreras que les restringan han sido quitadas.

La entropa de este sistema ha aumentado al ir quitando las restricciones pues

inicialmente haba un orden establecido y al final del proceso (el proceso es en este caso

el quitar las divisiones de la caja) no existe orden alguno dentro de la caja.


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La entropa es en este caso una medida del orden (o desorden) de un sistema o de la

falta de grados de restriccin; la manera de utilizarla es medirla en nuestro sistema

inicial, es decir, antes de remover alguna restriccin, y volverla a medir al final del

proceso que sufri el sistema. Es importante sealar que la entropa no est definida

como una cantidad absoluta S (smbolo de la entropa), sino lo que se puede medir es la

diferencia entre la entropa inicial de un sistema Si y la entropa final del mismo Sf. No

tiene sentido hablar de entropa sino en trminos de un cambio en las condiciones de un

sistema.

1.4 Entropa, procesos reversibles y procesos irreversibles: Volviendo al ejemplo

anterior de la caja con separaciones y canicas, vamos a explicar qu es un proceso

reversible y qu un proceso no reversible.Llamamos proceso reversible al que se puede

invertir y dejar a nuestro sistema en las mismas condiciones iniciales. Teniendo en

cuenta

Nuestra caja ya sin las separaciones, tenemos a las canicas revueltas unas con otras, es

decir, sin un orden. Si el proceso que efectuamos de quitar las divisiones fuera

reversible, las canicas tendran que ordenarse espontneamente en azules, amarillas y

rojas, segn el orden de las divisiones. Esto no ocurrir.

El proceso que efectuamos con nuestra caja de canicas fue un proceso no reversible, en

donde una vez terminado, el orden que haba en las condiciones iniciales del sistema ya

nunca volver a establecerse. El estudio de este tipo de procesos es importante porque

en la naturaleza todos los procesos son irreversibles.

1.5 La Entropa Y La Energa Gastada: En el principio enunciado por Clausius que

anteriormente citamos, podemos encontrar la relacin con la entropa y la energa

liberada en un proceso. Pensemos en un motor. El motor necesita de una fuente de

energa para poder convertirla en trabajo. Si pensamos en un coche, la gasolina, junto

con el sistema de chispa del motor, proporciona la energa (qumica) de combustin,

capaz de hacer que el auto se mueva. Qu tiene que ver la entropa aqu?

La energa que el coche "utiliz" para realizar trabajo y moverse, se "gast", es decir,

es energa liberada mediante un proceso qumico que ya no es utilizable para que un

motor produzca trabajo.


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Este es uno de los conceptos ms difciles de entender de la entropa, pues requiere un

conocimiento un poco menos trivial del funcionamiento de motores, frigorficos y el

ciclo de Carnot. Pero para nuestros fines con esta explicacin es suficiente.

1.6 Sistema De Unidades (Dimensiones Y Unidades): La palabra dimensin se

emplea refirindose a cualquier cantidad susceptible de medicin; entre dichas

cantidades se puede mencionas la longitud, el tiempo. En un sistema de unidades las

dimensiones se clasifican en primarias y secundarias. Las primarias son las que te

permiten establecer un sistema arbitrario de escalas de medicin; las secundarias

consisten en dimensiones que se pueden expresar en trminos de las dimensiones de las

cantidades primarias. Las dimensiones secundarias se obtienen de las primarias

utilizando un ecuacin que relacione cantidades fsicas. Fuerza, masa, longitud y tiempo

estn relacionados por la segunda ley de Newton la cual establece que la fuerza que

acta sobre un cuerpo es proporcional al producto de su masa por la aceleracin en la

direccin de la fuerza.

La cual se puede escribir como:

Donde gc es una constante que relaciona las unidades de fuerza, masa, longitud y

tiempo y que tiene un valor numrico y dimensiones dependiendo del sistema de

unidades escogido. En ingeniera existen varios sistemas de unidades. Los ms comunes

y ms utilizados son los siguientes:

1.61 Sistema Internacional S.I:

CANTIDAD NOMBRE SIMBOLO

Masa Kilogramo Kg

Longitud metro m

Tiempo Segundo S

Fuerza Newton N

Corriente Elctrica Ampere A


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Temperatura Kelvin K

Cantidad de Sustancia Mole Mol

Intensidad Luminosa Candela cd

1.62 Sistema Mtrico De Ingeniera:


Masa Kilogramo masa Kgm

Longitud Metro m

Tiempo Segundo s

Fuerza Kilogramo fuerza Kgf

Sustituyendo en la ecuacin 1.2

Un kilogramo fuerza (kgf) es la fuerza con la cual un kilogramo mas (kgm) suspendido

en un campo gravitacional terrestre en donde la aceleracin de gravedad es 9.81m/s

2

, esatrado por la tierra. Ejemplo: Cul es la fuerza debida a la gravedad sobre un

kilogramo masa en un lugar donde la aceleracin de gravedad sea de 9.15m/s2?

Lo importante es entender que aunque 1kgm pesa en un lugar en donde existe la

gravedad estndar (9.81 m/s2) 1kgf, esta fuerza puede reducirse a cero al salir de la


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gravitacin terrestre y la masa seguir siendo 1kg. La masa es la cantidad de materia

que tiene un cuerpo, aunque sobre ella no haya atraccin terrestre ni fuerza alguna

aplicada.

1.63 Sistema Ingles:


Masa Libra masa Lbm

Longitud Pie Pie

Tiempo Segundo s

Fuerza Libra fuerza lbf

Temperatura Rankine R

La definicin dada al kgf se aplica a la libra fuerza (lbf) tomando como aceleracin de

gravedad estndar 32.2 pie/s2.

1.7 El Fluido Como Un Continuo:Los fluidos estn compuestos de molculas que se

encuentran en movimiento constante pero en las aplicaciones de ingeniera nos interesa

conocer el efecto global de las numerosas molculas que forman el fluido. Estos efectos

macroscpicos son los que realmente se pueden percibir y medir. Por esto, se considera

al fluido como un continuo y no se estudia el comportamiento de las molculas

individuales.

1.8 El Campo De Velocidades: En el estudio del movimiento de los fluidos es

necesario considerar la descripcin de un campo de velocidades.


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Fig.1 Definicin De Densidad En Un Punto

Si se toma una partcula de fluido m que ocupa un volumen ", se define la

velocidad en el punto C como la velocidad instantnea de la partcula de fluido que en

el instante dado est pasando a travs del punto C. La velocidad en cualquier otro punto

del campo de flujo se puede definir de manera semejante. La velocidad en cualquier

punto del campo de flujo puede cambiar de un instante a otro por lo que el campo de

velocidades est dado por:

De la misma forma para cada partcula se pueden representar campos de las

propiedades del fluido. As, para la densidad que es una cantidad escalar se tiene el

siguiente campo escalar.

Si las propiedades del fluido en un punto en un campo no cambian con el tiempo se

dice que es flujo estacionario. Entonces

Por tanto, las propiedades en un flujo estacionario pueden variar de un punto a otro del

campo pero deben permanecer constantes respecto al tiempo en cualquiera de los

puntos. En el caso de que el flujo sea no estacionario, las propiedades varan con


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respecto al tiempo en cualquiera de los puntos. Un flujo se clasifica como de una, dos o

tres dimensiones dependiendo del nmero de coordenadas espaciales necesarias para

especificar el campo de velocidades, como se muestra en la Fig. 2

Fig. 2 flujo unidimensional ( (x, y)

Fig.2.1 flujo bidimensional ( (x, y)

Fig.2.1 flujo tridimensional ( (x, y, z)

1.9 Visualizacin De Un Campo De Flujo: Una partcula de fluido al moverse traza

una curva llamada trayectoria. Para determinar una trayectoria se puede identificar una

partcula en un instante de tiempo usando un colorante y tomar fotografas de su

movimiento. La lnea trazada por la partcula constituye una trayectoria. Las lneas de

corriente son lneas dibujadas en el campo de flujo de tal manera que en un instante

dado se encuentran siempre tangentes a la direccin delflujo en cada punto del campo


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de flujo. Como las lneas de corriente son tangentes al vector velocidad de cada punto

del flujo, el fluido nunca puede cruzar una lnea de corriente.

a) Flujo uniforme b) Flujo rotacional

Fig. 3 lneas de corriente

1.10 Sistemas Termodinmicos:Un sistema termodinmico es una regin determinada

del espacio o una cantidad finita de materia, claramente diferenciada del medio

circundante o alrededores, que constituirn el resto del universo. El sistema estar

separado del exterior por su contorno, lmites o frontera, que puede ser real como por

ejemplo, las paredes del recipiente que lo contenga, o imaginario, como es el caso de

una porcin de masa de un fluido aislada del resto del mismo figura. 4

a) Arreglo cilindro-embolo b) Tramo de tubera por donde circula

limite o frontera real un fluido limite imaginario

Fig. 4

Es importante tener en cuenta que el sistema termodinmico y sus fronteras estn

determinados exclusivamente por el observador, que es en definitiva quien determina la


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regin del universo que desea estudiar. Lgicamente que cuando un observador acota

fsica o mentalmente un sistema, ste se ver afectado por aquella parte del universo

ms prxima a l como consecuencia de su interaccin mutua. Esta interaccin

depender de la permisividad de la frontera o pared, por lo que es necesario clasificar

las paredes de un sistema en funcin de la permisividad ante la interaccin del sistema

con el exterior. As, se define:

Paredes aislantes: son las que no toleran interaccin de ningn tipo entre el

sistema y el medio exterior; es decir, las paredes de esta clase no permiten

intercambios de energa calorfica, qumica, elctrica, magntica, etc.

Paredes adiabticas: son aquellas que toleran intercambios energticos de

origen esencialmente mecnico e impiden la transmisin de calrica.

Paredes diatrmicas: son las que, a diferencia de las anteriores, toleran la

transferencia energtica de naturaleza trmica, es decir, permiten el paso del

calor a su travs y pueden o no tolerar los intercambios de cualquier otro tipo,

segn los casos.

En la figura. 5 se muestran ejemplos de los distintos tipos de paredes.

a) Paredes aislantes b) Paredes adiabticas c) Paredes diatrmicas

Fig. 5

Cuando un sistema se encuentra encerrado en un recipiente de paredes aislantes, suele

decirse que est aislado (Fig. 1.5.a); si el sistema se encuentra limitado por paredes

adiabticas se dice que est trmicamente aislado (Fig. 1.5.b) y, si est limitado por

paredes diatrmicas, se dice que est en contacto trmico con los alrededores (Fig.


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1.5.c). Por otra parte, desde el punto de vista de la naturaleza de la interaccin de los

sistemas con el medio exterior, aqullos suelen clasificarse en cerrados o abiertos. Un

sistema cerrado es el que contiene una cantidad invariable de materia, pudiendo

nicamente la energa atravesar sus lmites. Dicho de otra forma, un sistema cerrado

intercambia energa con el exterior, pero no intercambia materia. Ejemplos de este tipo

de sistemas son: un gas encerrado en un cilindro provisto de un mbolo mvil, aire

contenido en un globo, etc. (Fig. 6.a). Sistemas abiertos son aqullos en los que puede

variar la masa, pues sta puede pasar a travs de los lmites del mismo; esto es, un

sistema abierto intercambia materia y energa con el medio exterior a travs de la

superficie de separacin. Ejemplos de este tipo son: un calentador de agua, un motor de

propulsin a chorro, un aire acondicionado de ventana, etc. (Fig. 6.b).

Fig. 6.a Sistema Cerrado

Fig.6.b Sistema Abierto


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Es muy comn llamar al sistema cerrado simplemente sistema y al sistema abierto

llamarlo volumen de control. En un volumen de control la frontera se denomina

superficie de control.

Los sistemas segn su naturaleza pueden ser homogneos y heterogneos dependiendo

del nmero de fases. Se entiende por fase a una cantidad de materia de composicin

qumica y estructura fsica totalmente homogneas. La homogeneidad qumica no

implica una especie qumica nica, ya que una mezcla de gases o una solucin es un

sistema de una sola fase. La homogeneidad fsica significa que todas las sustancias

estn o como slido, como lquido o como gas. Por ejemplo, el sistema formado por el

agua y su vapor contiene dos fases, una lquida y otra gaseosa. El sistema que conste de

una sola fase se llamar homogneo, y heterogneo el formado por ms de una fase. Un

sistema termodinmico puede estar constituido por ms de un componente; as, mientras

que la mezcla de agua y vapor de agua tiene un solo componente, la mezcla aire-agua-

hielo constituye un sistema trifsico integrado por dos componentes: el aire y el agua.

1.11 Propiedades Y Estados De Un Sistema: Propiedad es cualquier caracterstica

observable de un sistema. Algunos ejemplos de propiedades son presin, temperatura,

mdulo de elasticidad, volumen y viscosidad dinmica. Existen otras propiedades que

no pueden observarse directamente, pero que pueden definirse mediante las leyes de la

termodinmica. Dos de estas propiedades son la energa interna y la entropa.

El Estado o condicin de un sistema se especifica por los valores de sus propiedades.

Si un sistema tiene los mismos valores para todas sus propiedades en dos instantes

distintos, el sistema est en estados idnticos en esos dos instantes. Se necesitan conocer

unas pocas propiedades para especificar completamente un estado. La cantidad precisa

de las propiedades que se necesitan para especificar el estado de un sistema depende de

la complejidad del mismo. Cuando el valor de alguna propiedad cambia, el estado

cambiar a uno diferente.

1.12 Propiedades De Los Fluidos:Algunos ejemplos son la presin P, la temperatura

T, el volumen V y la masa m. Existen otras propiedades menos familiares como la


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viscosidad, la conductividad trmica, el mdulo de elasticidad, el coeficiente de

expansin trmica, la resistividad elctrica e incluso la velocidad y la altura.

Las propiedades que caracterizan el estado de un sistema pueden dividirse en doscategoras: intensivas y extensivas. Las propiedades intensivas, tales como temperatura,

presin y densidad, no dependen de la masa del sistema. Una variable intensiva puede

definirse en un punto, ya que tiene un valor finito cuando el tamao del sistema que

rodea el punto se aproxima a cero. Las variables que dependen del tamao del sistema,

tales como longitud, volumen, masa y energa interna, son propiedades o variables

extensivas. Si un sistema homogneo se divide en dos partes, la masa de la totalidad del

sistema es igual a la suma de las masas de las dos partes. El volumen del todo es

tambin igual a la suma de los volmenes de las partes. Por otra parte, la temperatura

del todo no es igual a la suma de las temperaturas de las partes. De hecho, la

temperatura, presin y densidad del todo son iguales que las de las partes. Cualquier

propiedad extensiva de todo el sistema es igual a la suma de las propiedades parciales

respectivas de los componentes del sistema. Puede definirse el estado extensivo del

sistema si se conoce, adems de las propiedades intensivas, una propiedad que indique

la extensin del sistema y que puede ser la masa o el volumen. El cociente entre dos

propiedades extensivas de un sistema homogneo es una propiedad intensiva. Muchas

de las propiedades intensivas se obtienen dividiendo la correspondiente extensiva por la

masa del sistema. La nomenclatura que se utiliza para designar las propiedades

intensivas que se obtienen de propiedades extensivas es representar con letra mayscula

las extensivas y con minscula las intensivas. Las propiedades intensivas reciben la

misma denominacin que las extensivas de que proceden, seguida de la palabra

especfico. As, tomando como variable extensiva de referencia la masa, se tiene:

Propiedad Extensiva Propiedad Intensiva

Volumen: V Volumen Especifico: Energa Interna: U Energa Interna Especifica:

Entalpia: H Entalpia Especifica: Entropa: S Entropa Especifica:


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Si se hubiese tomado como propiedad extensiva de referencia el nmero de moles, la

propiedad intensiva se calificara como especifica molar; por ejemplo, el volumen

especifico molar seria:

Las propiedades especficas molares se representan con una letra minscula

acompaada de una barra superior. Algunos autores acostumbran a designar las

propiedades como variables. As, se puede decir variables especficas y variables

especficas molares en lugar de propiedades especficas y propiedades especficas

molares.

Fig. 7 Diferenciacin entre Propiedades Extensivas e Intensivas

2. Densidad:Se define como la masa por unidad de volumen.

Algunas veces la densidad de una sustancia se determina en relacin con la densidad

de una sustancia mejor conocida. En ese caso se llama densidad relativa o gravedad

especfica y es definida como la relacin entre la densidad de una sustancia y la de una

sustancia estndar a una temperatura especifica. Agua a 4C para la cual:

La densidad relativa es una cantidad adimensional.


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2.1 Volumen Especifico:Es el reciproco de la densidad y se define como el volumen

por unidad de masa.

2.2 Peso Especfico:Es el peso de una sustancia por unidad de volumen.

2.3 Temperatura: Es la propiedad termodinmica que nos indica cuando un cuerpo

est caliente o frio. La temperatura es una propiedad con la cual estamos todos

familiarizados pero que resulta difcil dar una definicin exacta. Su definicin clara se

consigue al estudiar la ley cero de la termodinmica.

2.4 Presin:Se define como la fuerza ejercida sobre la unidad de superficie. As, si una

fuerza F se ejerce sobre la superficie A y se distribuye uniformemente sobre ella, la

presin media ser:

2.5 Ley Cero De La Termodinmica: La ley cero de la termodinmica establece que si

un cuerpo A se encuentra a la misma temperatura que un cuerpo B y este tiene la misma

temperatura que un tercer cuerpo C, entonces, el cuerpo A tendr la misma temperatura

que el cuerpo C. Por lo cual estaremos seguros de que tanto el cuerpo A, como el B y C,

estarn los tres, en equilibrio trmico. Es decir: los cuerpos A, B y C, tendrn igual

temperatura.

2.6 Escalas De Temperatura:Las escalas tradicionales relativas de temperatura son la

centgrada y la Fahrenheit, mientras que las respectivas escalas absolutas son la kelvin y

la rankine (basadas inicialmente en el comportamiento de los gases y actualmente en las

relaciones entre propiedades termodinmicas, por lo cual ahora reciben el nombre de

escala termodinmica de temperatura. As: 1.0K=1.8R. Para conversiones entre las

distintas escalas se pueden usar las siguientes ecuaciones:

TK= tC+273.15


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TR = tF+459.69

TR = 1.8 TK

tF = 1.8 tc+32

TK =tc

TR= tF.

2.7 Sustancia Pura:Es toda sustancia que tiene su composicin qumica homognea e

invariante

Ejemplo: el agua, el nitrgeno, el oxgeno, el amonaco y muchos ms.

La sustancia pura puede presentarse en distintas fases: slido, lquido y gaseosa.

Dependiendo de los valores de presin y temperatura una sustancia puede estar como

slido, lquido o vapor o presentarse en dos o tres fases a la vez.

2.8 Fases De Una Sustancia Pura: Existen tres fases principales para una sustancia

pura estas son: solida, liquida y gaseosa.

Fase Solida: Las molculas estn separadas pequeas distancias, existen

grandes fuerzas de atraccin, las molculas mantienen posiciones fijas unas

con respecto a las otras pero oscilan esta oscilacin depende de la

temperatura. Cuando la velocidad de oscilacin aumenta lo suficiente estas

molculas se separan y empieza el proceso de fusin.

Fase Liquida:El espaciamiento molecular es parecido al de la fase slida,

excepto que las molculas ya no mantienen posiciones fijas entre s. Las

molculas flotan en grupos.

Fase Gaseosa: Las molculas estn bastante apartadas unas de otras y no

existe un orden molecular, estas se mueven de forma desordenada en

continuo choque entre ellas y con el recipiente que las contiene.

2.9 Propiedades De Las Sustancias Puras Y Simples Comprensibles:El estado de

un sistema cerrado en equilibro se describe a travs de los valores de las propiedades

termodinmicas. De la observacin de muchos sistemas termodinmicos conocemos

que no todas las propiedades termodinmicas son independientes una de otra, y el

estado puede ser determinado nicamente por los valores de propiedades


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independientes. Los valores de todas las otras propiedades estn determinados por los

valores de este conjunto de propiedades independientes. Una regla general conocida

como principio de estado (postulado de estado) ha sido desarrollada como una gua para

determinar la cantidad de propiedades independientes necesarias para especificar el

estado de un sistema. Para esta unidad, consideraremos sistemas con masa y

composicin determinadas y que no se ven influenciados por movimiento alguno ni

campos gravitatorios. Basado en observaciones empricas, se concluye que hay una

propiedad independiente por cada forma independiente que el sistema tiene para

cambiar su energa. Hemos mencionado anteriormente que la energa de un sistema

cerrado puede ser alterada independientemente por calor y trabajo. Una propiedad

independiente puede ser asociada con la transferencia de calor y otra propiedad

independiente puede ser aadida por cada forma relevante de cambiar la energa por

medio de trabajo. El trmino sistema simple es aplicado a sistemas que solamente tienen

una forma de alterar significativamente su energa por trabajo cuando el sistema sufre

un proceso en cuasiequilibrio. Esto indica que un sistema simple requiere dos

propiedades independientes para determinar su estado. El ms importante de estos

sistemas, y al que le dedicaremos gran parte de los anlisis, son los sistemas simples

compresibles. Para estos sistemas, los cambios del volumen provocan cambios

significativos en la energa del sistema. La nica forma de transferencia de energa por

trabajo que puede experimentar un sistema simple compresible que sufre un proceso en

cuasiequilibrio est asociado al cambio de volumen y est dado por PdV . La

influencia del campo gravitatorio de la tierra se considera despreciable, y la presin

uniforme en todo el sistema. El modelo de sistema simple compresible puede parecer

muy restrictivo, pero la prctica muestra que puede emplearse en un amplio rango de

aplicaciones de ingeniera aunque efectos elctricos, magnticos, de tensin superficialy otros estn presentes en algn grado. Si la temperatura, T y otra propiedad intensiva,

como el volumen especfico, v, son seleccionadas como variables independientes, el

principio de estado asegura que la presin, la energa interna especfica y todas las otras

propiedades intensivas pueden ser determinadas como funcin de T y v: P = P(T, v), u =

u(T, v), y as con las otras. Dicho de otra forma, el postulado de estado puede utilizarse

como la base para relaciones entre propiedades que son difciles de medir y propiedades

que son ms fciles de medir.


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2.10 Diagrama De Fase: El principio de estado dice que para un sistema simple

solamente se necesitan dos propiedades independientes para definir un estado, entonces,

al conocer los valores de estas dos propiedades quedan fijos los valores de todas las

otras propiedades independientes. As, podemos considerar a la temperatura, T, y el

volumen especfico como independientes, y la presin o cualquier otra propiedad

quedan definidas, P = P(T, v). Al graficar esta relacin funcional entre estas tres

propiedades obtenemos una superficie que me indica cul es el comportamiento de la

sustancia. Aunque cada sustancia pura tiene un comportamiento similar, difieren en

cuanto a los valores de las propiedades, as que cada sustancia tendr su propia relacin

funcional. Una sustancia pura, simple compresible, que se contrae al pasar de lquido a

slido, tiene una superficie PvT como muestra la figura (hay sustancias que se expanden

al pasar de lquido a slido.

Estas tendrn un comportamiento PvT distinto en la regin de mezcla lquido slido).

Se pueden observar tres regiones correspondientes a las tres fases que nos interesan,

slido, lquido y vapor, y otras regiones correspondientes a mezclas de estas tres fases,

una caracterstica de estas regiones de mezcla es que la presin y la temperatura no son

independientes entre s, por tanto el par presin y temperatura no definen un estado en

estas regiones, pero si otro par como la presin y el volumen especfico, o la

temperatura y la energa interna, esta caracterstica hace que las superficies de mezcla

de fases sean perpendiculares al plano presin temperatura. Para comprender este

diagrama imaginmonos un dispositivo cilindrombolo, el cual contiene inicialmente

una sustancia en fase lquida (i), el mbolo puede moverse libremente sin ninguna

oposicin, de alguna manera se le proporciona energa a la sustancia (sistema), de forma


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que sta cambia de estado; como el mbolo tiene libertad de movimiento la presin

permanece constante. El sistema, en cierto instante, llega a la frontera con la regin de

saturacin (A) el proceso sigue dentro de esta regin donde el proceso a presin

constante tambin es a temperatura constante. Llega luego a la otra frontera con la

regin de vapor (B), continuando la presin constante y abandonando la tendencia a

temperatura constante, hasta que termina el proceso (f). Todos los puntos de este

proceso (desde i hasta f), tienen la misma presin. Es este proceso descrito, la sustancia

cuando est entre los puntos (i) y (A) es lquido comprimido (lquido subenfriado), en el

punto (A) es lquido saturado, entre los puntos (A) y (B) es mezcla lquido saturado

vapor saturado, en el punto (B) es vapor saturado, y entre los puntos (B) y (f) es vapor

sobrecalentado.

Para simplificar los anlisis, es conveniente acostumbrarse a las diferentes vistas del

diagrama PvT. Una de las proyecciones ms utilizadas es la vista Pv, la cual mostramos

a continuacin, donde se han trazado el punto crtico y la isoterma crtica, adems del

proceso


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Descrito anteriormente. Prestemos atencin a la lnea que divide la regiones de mezcla

lquido vapor y slido vapor, esta sucesin de puntos son estados en los cuales

pueden coexistir en equilibrio las tres fases lquida slida vapor, y se le conoce

como lnea triple. Otra vista es la Tv, nuevamente se ha trazado el punto crtico, el


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proceso descrito anteriormente, adems de la isobara crtica. La tercera vista es la PT,

donde las regiones de mezcla las observamos:

Como lneas, la lnea triple aqu se observa como un punto que se le llama punto

triple. El proceso a presin constante que hemos descrito anteriormente se observa

como una lnea recta, donde los puntos (A) y (B) coinciden. Hay que observar que se

puede pasar de lquido a vapor o viceversa sin pasar por la regin de mezcla, sino que

con un proceso que pasa por encima del punto crtico, en este tipo de proceso, el cambio

sucede paulatinamente en todo el sistema a la vez y no se tiene vapor y lquido en un

mismo instante. Las regiones de fusin, sublimacin y vaporizacin, se ven como lneas

y en las otras vistas como superficies. La informacin del comportamiento de las

sustancias se da en diferentes formas, como tablas, grficos y ecuaciones, cada una de

estas, tiene sus pros y sus contras, por ejemplo, las tablas pueden ser bastante precisas

pero bastante extensas tambin, y por tanto difciles de manejar, los grficos son ms

compactos que las tablas pero con mucha menos precisin, y las ecuaciones muy

apropiadas para programas de computacin, pero cada regin es descrita con ecuaciones

distintas. O sea, que forma de la informacin utilizar depende de cada caso, cul es la

precisin que se requiere, que tan repetitivas son las bsquedas,. Que tan rpido hay que

dar el resultado, solo se requiere una estimacin, etc.


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2.11 Comprensibilidad:Es una propiedad de la materia a la cual se debe que todos los

cuerpos disminuyan devolumen al someterlos a unapresin ocompresin determinada

manteniendo constantes otros parmetros.

Proceso Isobrico: Se entiende aquel en el cual la presin se mantiene

constante. La expansin del gas produce un aumento de volumen. Por lo tanto el

trabajo ser:

Proceso Isotrmico: Es el que se desarrolla con una temperatura constante.

Aqu la frmula es ms complicada. El gas se expande a medida que ingresa el

calor y su presin disminuye. W = n x R x T x ln (V2/ V1)

Proceso Isocrico: Esta transformacin se da a un volumen constante. Por lo

tanto al no haber variacin en el volumen, no se produce ningn trabajo.

A continuacin se describe las formulas necesarias para los distintos procesos

necesarias para la resolucin de problemas, hay que tener en cuenta que existen 4

procesos distintos en las transformaciones termodinmicas.
https://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(f%C3%ADsica)https://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo_de_compresi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo_de_compresi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(f%C3%ADsica)


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1. Proceso isotrmico: Es el que se realiza a temperatura constante.

2.

Proceso isobrico: Este se realiza a presin constante

3. Proceso Isocorico: Se realiza a volumen constante.

4.

Proceso Adiabtico: Se produce sin prdidas ni ganancias de calor entre el

sistema y el medio.

2.12 Entalpia: Esta es otra de las variables termodinmicas importantes. Como la

energa interna, esta se caracteriza porque tambin es una funcin de estado. Es decir,

sus valores se miden como diferencia entre estado inicial y final y no como valorabsoluto. Por eso usamos tambin el smbolo H y no H. Bsicamente la entalpa

representa el cambio de calor de una reaccin qumica a presin constante.

H = U + (PV)

Al conocer el valor del H podemos saber si una reaccin libera o absorbe calor. Si su

H es positivo, es una reaccin endotrmica o sea, absorbe calor para poder ser

realizada. Pero si su H es negativo, ser una reaccin exotrmica.

A continuacin se define los tipos de entalpia:

Entalpia de reaccin: Es la diferencia de entalpia que se da en una reaccin a

una atmsfera de presin. Es la suma de las entalpias de los productos menos la

suma de las entalpias de los reactivos.

aA + bB cC + dD

Hr = H productos H reactivos


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Entalpia estndar de formacin:Es la entalpia que acompaa a la formacin

de un mol de cualquier compuesto a partir de sus elementos a una presin de una

atmsfera.

Entalpia de combustin:Es la variacin de entalpia que se observa cuando se

hace reaccionar un mol de una sustancia en su estado tipo, con la cantidad de

oxgeno necesaria para producir la combustin total de la misma, dando como

nico producto de reaccin al CO2 y al H2O a una temperatura de 25C y a una

presin de 1 atmsfera.

2.13 Calores Especficos A Presin Y Volumen Constantes: En una transformacin a

volumen constante: dU=dQ=ncVdT En una transformacin a presin

constante: dU=ncPdT-pdV

Como la variacin de energa interna dUno depende del tipo de transformacin, sino

solamente del estado inicial y del estado final, la segunda ecuacin se puede escribir

como ncVdT=ncPdT-pdV

Empleando la ecuacin de estado de un gas ideal pV=nRT, obtenemos la relacin entre

los calores especficos a presin constante y a volumen constante

cV=cP-R

Para ungas monoatmico U=32nRT cV=32R cP=52RU=32nRT cV=32R

cP=52R

Para un gas diatmico U=52nRT cV=52R cP=72RU=52nRT cV=52R

cP=72R

La variacin de energa interna en un proceso AB es U=ncV(TB-TA)

Se denomina ndice adiabtico de un gas ideal al cociente =cPcV

2.14 Uso De Las Tablas De Termodinmica:Hay tablas termodinmicas completas

para muchas sustancias en todas sus fases
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/estadistica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html#Definici%C3%B3n%20cin%C3%A9tica%20de%20la%20temperaturahttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/estadistica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html#Definici%C3%B3n%20cin%C3%A9tica%20de%20la%20temperatura


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La informacin mostrada en la tabla de temperaturas corresponde a los puntos de

intercepcin entre algunas isotermas (100 C, 110 C, ..., 374.14 C) con las lneas de

saturacin, y en la tabla de presin corresponde a los puntos de intercepcin entre

algunas isbaras y las lneas de saturacin. Los dos puntos de intercepcin de una

isoterma con las lneas de saturacin tienen tambin la misma presin, pero difieren en

las otras propiedades. La presentacin de las propiedades en tablas, no es continua, si no

que discreta, si observamos la tabla ejemplo vemos que las temperaturas van de 10 en

10 C, en otra porcin de la tabla o en otras tablas el paso puede ser distinto, para

valores de temperatura que no aparecen en la tabla, por ejemplo 132 C, se pueden

encontrar los valores aproximados de las otras propiedades a travs de la interpolacin

lineal. Para esto tomamos los puntos inmediato superior e inmediato inferior y

suponemos que el comportamiento de las propiedades en ese tramo es lineal,

supongamos que la propiedad que queremos conocer es la energa interna del lquido

saturado a 132 C, grficamente lo planteamos como se muestra


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En la ecuacin de la lnea recta que pasa por los puntos extremos sustituimos el valor

de la temperatura a la que deseamos la propiedad y despejamos la energa interna uf132

(que es la deseada)

De la misma forma se pueden encontrar las otras propiedades, as que

complementamos la tabla con valores que inicialmente no aparecen en ella. Para

encontrar las propiedades de los estados intermedios entre los puntos de intercepcin, o

sea puntos adentro de la campana, se define una nueva propiedad llamada calidad que

es igual a la relacin entre la masa de vapor y la masa total del sistema

Esta propiedad slo se define para la regin de mezcla excluyendo al punto crtico, de

forma que los estados sobre la lnea de lquido saturado tienen una calidad de cero (0) y

los estados que estn sobre la lnea de vapor saturado tienen una calidad de uno (1),

todos los dems puntos dentro de la campana tiene una calidad entre cero y uno, y para


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estados fuera de la campana la calidad no est definida. Partiendo de que el volumen

total del sistema es igual al volumen ocupado por el lquido ms el volumen ocupado

por el vapor y con la definicin de volumen especfico encontramos una ecuacin que

relaciona al volumen especfico con la calidad, tomando en cuenta los valores de

volmenes especficos del lquido y vapor correspondientes.

3. Gases Ideales: Se define como gas ideal, aquel donde todas las colisiones entre

tomos o molculas son perfectamente elsticas, y en el que no hay fuerzas atractivas

intermoleculares. Se puede visualizar como una coleccin de esferas perfectamente

rgidas que chocan unas con otras pero sin interaccin entre ellas. En tales gases toda la

energa interna est en forma de energa cintica y cualquier cambio en la energa

interna va acompaado de un cambio en la temperatura. Un gas ideal se caracteriza por

tres variables de estado: la presin absoluta (P), el volumen (V), y la temperatura

absoluta (T).

3.1 Mezcla De Gases Ideales:Una mezcla de dos o ms gases de una composicin

qumica fija se llama mezcla de gases no reactiva. Existen dos maneras de

especificar la composicin de una mezcla de gases, dependiendo del anlisis que se

utilice para medir las proporciones, y son las siguientes: ) Fraccin Molar (Yi): Se

define como la relacin entre el nmero de moles del componente entre el nmero de

moles de la mezcla; en este caso nos estamos basando en un anlisis molar, pues como

ya se mencion lo que se est midiendo es el nmero de moles. La ecuacin

correspondiente sera:


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Dnde:

Recordando que:

Siendo M= Masa molar aparente, tambin conocida como peso molecular, y est

tabulada para los gases comunes. Si tenemos como dato la masa y el nmero de moles,

tambin se puede determinar, por un simple despeje. As pues, las unidades

correspondientes para el peso molecular seran:

Kg/Kmol (sistema internacional) Lbm/Lbmol (sistema ingls)

Esta ecuacin es aplicable, tanto para un componente como para la mezcla, es decir:

Por consiguiente, tendramos la siguiente relacin:

Cabe destacar entonces, que el peso molecular de la mezcla, no es una propiedad

aditiva, pues depende tambin de las fracciones molares de cada componente.

3.12 Constante De Gas De Una Mezcla: Se define como la constante universaldividida entre la masa molar de la mezcla, es decir:


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3.13 Leyes De Mezclas De Gases:

Ley De Dalton De Las Presiones Aditivas: Establece que la presin total

ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que cadagas ejercera si existiera solo a la temperatura y volumen de la mezcla.

Dnde:

V= es el volumen de la mezcla

T= temperatura absoluta

De igual manera, para la mezcla de gases ideales se cumple que:

()

Por consiguiente:

Ley de Amagat de los volmenes aditivos:Establece que el volumen de una

mezcla de gas es igual a la suma de los volmenes que cada gas ocupara si

existiera solo a la temperatura y presin de la mezcla.


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Las leyes de Dalton y Amagat se cumplen con exactitud para las mezclas de gases

ideales, aunque solo en forma aproximada para las mezclas de gases reales. Adems, la

relacin Pi/Pm se denomina fraccin de presin, y la relacin Vi/Vm se conoce como

fraccin de volumen del componente i. Para gases ideales Pi y Vi se relacionan

entonces con:

La cantidad Yi.Pm se conoce como presin parcial y la cantidad Yi.Vm se denomina

volumen parcial. El comportamiento PvT de la mezcla de gases reales puedepredecirse con grficas de compresibilidad generalizadas. El factor de compresibilidad

de la mezcla se expresa en trminos de los factores de compresibilidad de los gases

individuales como:

Dnde:

Zi : se determina a Tm y Vm (si se aplica la Ley de Dalton) o a Tm y Pm (si se

aplica la Ley de Amagat) para cada gas individual. El comportamiento PvT de unamezcla de gases tambin puede predecirse de manera aproximada por medio de la regla

de Kay, que implica considerar una mezcla de gases como una sustancia con

propiedades seudocrticas, determinadas por:


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En general, las propiedades extensivas de una mezcla de gases se determinan sumando

las contribuciones de cada componente de la mezcla, esto es:

Para un estado definido:

Para un proceso definido:

Sin embargo, la evaluacin de las propiedades intensivas de una mezcla de gases

implica promediar en trminos de la masa o de fracciones molares, esto es:


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Las unidades de estas propiedades son las sealadas anteriormente pero por unidad de

masa o por unidad de mol.

PARA GASES IDEALES: La evaluacin de u o de h de los componentes de una mezclade Gases Ideales durante un proceso, requiere conocer las temperaturas inicial y final.

Dependiendo de la precisin que se requiera se pueden asumir capacidades especficas

constantes, o se puede trabajar en base a un promedio. Otra opcin bastante vlida es

utilizar las tablas de Gases Ideales suministradas para cada sustancia. Esto es:

Cuando se evala s de los componentes, es necesario tener sumo cuidado, ya que la

entropa de un gas ideal depende de la presin o volumen del componente, as como de

su temperatura. Este cambio est dado por:

O bien por unidad de mol:

Para los calores especficos tambin se cumple que:


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Para gases reales:Desviacin del comportamiento de gas ideal esta desviacin puede

explicarse de manera apropiada mediante el factor de compresibilidad Z, suministrado

por tablas generalizadas y definido como:

Al incluir el factor de compresibilidad en la ecuacin de estado, nos aproximamos

bastante al comportamiento de un gas real.

Los cambios en las propiedades de un gas real se determinan con precisin mediante

grficas de desviacin de entalpa o entropa Generalizadas para tomar en cuenta la

desviacin del comportamiento de Gas Ideal mediante las siguientes relaciones:

Variacin De Entalpia:

Variacin De Energa Interna:

Como:

La variacin quedara entonces en funcin de las entalpias, teniendo que:


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Variacin De Entropa:

Dnde: los valores de Zh y Zs (factor de desviacin de entalpa y entropa

respectivamente), se encuentran a partir de las grficas generalizadas. Otro enfoque para

predecir el comportamiento PvT de una mezcla de gases es tratarla como unasustancia seudopura. Un mtodo de este tipo propuesto por W.B. Kay en 1936 y

llamado REGLA DE KAY, implica el uso de una presin seudocrtica Pcr,m y una

temperatura seudocrtica Tcr,m para la mezcla, definidas como:

Y se utilizan para determinar el factor de compresibilidad al calcular los siguientes

parmetros:

El procedimiento es sumamente sencillo, basta con interceptar estos dos parmetros en

la grfica y proyectar una lnea horizontal hacia la izquierda, el valor ledo en el eje

vertical corresponde al factor Z buscado.

Otra manera de tratar una mezcla de gases como una sustancia seudopura, es utilizar

otras ecuaciones de estado ms exactas como por ejemplo:

3.14 Ecuacin De Van Der Waals: Las constantes y b: se determinan para

cualquier sustancia a partir de los datos del punto crtico, y se emplean las siguientes

ecuaciones:


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A menudo la precisin de esta ecuacin es inadecuada, pero se mejora si se utilizan los

valores de y b, basados en el comportamiento real del gas en un nivel ms amplio en

lugar de un solo punto.

3.15 Ecuacin De BeattieBridgeman:

3.16 Ecuacin De Estado De RedlichKwong: La precisin de esta ecuacin es

considerable en un intervalo de valores de P v T, especialmente cuando T es mayor que

el valor crtico.

3.17 Ecuacin De Estado De BenedictWebbRubin:

3.18 Ley De Boyle: La ley de Boyle establece que la presin de un gas en un recipiente

cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura

es constante. Lo que Boyle descubri es que si la cantidad de gas y la temperatura

permanecen constantes, el producto de la presin por el volumen siempre tiene el

mismo valor.


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La expresin matemtica de esta ley es:

El producto de la presin por volumen es constante

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una presin

P1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor

V2, entonces la presin cambiara a P2, y se cumplir:

Que es otra forma de expresar la ley de Boyle

3.19 Ley De Avogadro:La ley de Avogadro, es una ley de los gases que relaciona el

volumen y la cantidad de gas a presin y temperaturas constantes. En 1811 Avogadro

realiza los siguientes descubrimientos:

A presin y temperatura constantes, la misma cantidad de gas tiene el mismovolumen independientemente del elemento qumico que lo forme.

El volumen (V) es directamente proporcional a la cantidad de partculas de gas

(n)

Por lo tanto:

Lo cual tiene como consecuencia que:

Si aumenta la cantidad de gas, aumenta el volumen.

Si disminuye la cantidad de gas, disminuye el volumen.


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3.20 Experimento De Joule: La experiencia de Joule pone de manifiesto la

equivalencia entre dos formas de energa: la mecnica y la calorfica. Hasta este

experimento, el calor se meda en caloras (cal). Una calora es el calor que precisa

intercambiar un gramo de agua para que su temperatura cambie un grado. La energa

mecnica se mide en julios (J). Un julio es la energa que se obtiene cuando una fuerza

de un newton kilogramo produce un desplazamiento de un metro. Joule pone de

manifiesto como la energa mecnica puede producir energa calorfica y lo hace

siempre en la misma proporcin. Esta equivalencia de energas se llama equivalente

mecnico del calor. Vale: 1 cal = 4,18 J 1 J = 0,24 cal Joule realiz su experimento

utilizando una masa de agua Ma a una temperatura inicial T0, cuyo calor especfico es 1

cal/C g, se calienta hasta una temperatura final Tf cuando unas paletas agitan el bao.

El calor necesario Q es: Q = Ma Ce (Tf T0) cal Para mover esta paletas se aprovecha

la energa mecnica de una masa Mp, que cae desde una altura h, mediante un hilo que

acciona del movimiento de giro. La energa mecnica implicada es energa potencial Ep

que se libera es: Ep = Mp g h J Joule demuestra mediante esta experimentacin que

entre ambas formas de energa existe una relacin constante: el equivalente mecnico

del calor: Q / Ep = equivalente mecnico del calor.

4. Definicin De Trabajo:El trabajo es una transferencia de energa a travs de la frontera

de un sistema asociada a un cambio en las variables macroscpicas.

En esta definicin hay que remarcar varios aspectos que se explican en las secciones

siguientes y en los artculos relativos alcalor y al primer principio de la termodinmica:

El trabajo es una transferencia de energa, es decir, es un paso de energa de un

sitio a otro, no es algo que se tiene o se almacena.

El trabajo se localiza en la frontera del sistema, es una entrada o salida por las

paredes del sistema, y no se refiere al interior de ste.

Est asociado al cambio de las variables macroscpicas, como pueden ser el

volumen, la presin, la posicin y velocidad del centro de masas, el voltaje, etc. Se

realiza trabajo cuando se acelera un objeto, cambiando la velocidad de su CM. Por

contra, si lo que se hace es aumentar la temperatura de un gas, incrementando la

energa cintica de cada partcula, a este proceso lo llamamos calor.
http://laplace.us.es/wiki/index.php/Calor_y_calorimetr%C3%ADahttp://laplace.us.es/wiki/index.php/Calor_y_calorimetr%C3%ADa


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4.1 Unidades de trabajo:

Julio o Joule, unidad en el SI; kilojulio: 1kj=103j

Sistema tcnico de unidades Kilogramo o kilopondmetro (kgm)=1

kilogramo-fuerzax1 metro=9.80665j.

Sistema cegesimal de unidades Ergio: 1erg=10-7j

Sistema anglosajn de unidades: Termia inglesa (th), 105BTU. (unidad

bsica de trabajo de este sistema).

Sistema tcnico ingls: Pie-Libra fuerza (foot-pound) (ft-lb).

Otras unidades: kilovatio-hora; calora termoqumica (calTQ); termia EEC;

atmosfera-litro (atm-L).

4.2 Expresiones De Trabajo Para Sistemas Con Lmite Mvil: Existen diversas

formas en que un sistema puede realizar trabajo o en que se puede realizar trabajo

sobre el sistema. Estas incluyen el trabajo que realiza una flecha que gira, el trabajo

elctrico y el trabajo que se realiza por el movimiento de los lmites del sistema, como

el trabajo que se hace al mover el pistn en un cilindro.

Considere como un sistema el gas que est contenido en un conjunto de cilindro y

pistn, como la figura 6

Fig. 6

Se quita una de las pequeas pesas del pistn, lo cual har que el pistn se mueva

hacia arriba una distancia dL. Este proceso se puede considerar como en

cuasiequilibrio y se puede calcular la cantidad de trabajo W que el sistema realiza

durante este proceso. La fuerza total sobre el pistn es: PA, donde P es la presin del

gas y A es el rea del pistn. Por lo tanto el trabajo dw es:


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Pero

El trabajo que se realiza en el lmite mvil durante un proceso en cuasiequilibrio se

puede encontrar integrando la ecuacin anterior. Sin embargo esta integracin se puede

realizar solo si se conoce la relacin entre P y V durante este proceso. Esta relacin se

puede expresar como una ecuacin, o se puede mostrar en la forma de una grfica:

Fig.7 uso del diagrama de presin-volumen para mostrar el trabajo realizado en el lmite mvil de

un sistema en un proceso en cuasiequilibrio

4.3 Algunos Otros Sistemas En Los Que Se Realiza Trabajo En El Limite Movil De

Un Sistema:Existen otros tipos de sistemas en los cuales se realiza trabajo en un lmite

mvil, se considera brevemente dos de estos sistemas, un alambre estirado y una

pelcula superficial.

Considere como sistema un alambre estirado que est bajo una determinada tensin T.

cuando la longitud del alambre cambia en la cantidad dL, el trabajo que sistema realiza:

El signo menos es necesario porque el sistema realiza trabajo cuando dL es negativo.

La ecuacin anterior se puede integrar para dar:


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Si se conoce la relacin entre T y L, la integracin se puede hacer grafica oanalticamente. El alambre estirado es un ejemplo simple del tipo de problema en la

mecnica de cuerpos solidos que implica el clculo del trabajo.

Ahora considere un sistema que consiste en una pelcula liquida que tiene una tensin

superficial y, sobre un marco de alambre, uno de cuyos lados se puede mover. Cuando

el rea de la pelcula cambia por ejemplo al deslizar el alambre mvil a lo largo del

marco, se hace trabajo sobre la pelcula, o bien esta realiza trabajo. Cuando el rea

cambia en una cantidad da, el trabajo que sistema realiza es:

Para cambios finitos,

4.4 Calor: La definicin termodinmica de calor es algo distinta de la percepcin

comn que se tiene de la palabra. Es esencial comprender claramente la definicin de

calor que se da, porque tiene un papel muy importante en muchos problemas

termodinmicos.

El calor se define como la forma de energa que, a una temperatura dada, se transfiere

a travs de los lmites de un sistema a otro sistema (o a su entorno) que est a una menor

temperatura y que sucede en virtud de la diferencia de temperatura entre los dos

sistemas, es decir, se transfiere calor del sistema a la temperatura ms alta al sistema ala temperatura ms baja en virtud de la diferencia de temperatura entre los dos sistemas.

Otro aspecto de esta definicin de calor es que un cuerpo nunca contiene calor. En vez

de ello, el calor solo se puede identificar cuando se cruza los lmites. As el calor es un

fenmeno momentneo.

4.5 Comparacin Entre Calor Y Trabajo: Es evidente que hay muchas similitudes

entre calor y trabajo.


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El calor y el trabajo son fenmenos momentneos. Los sistemas nunca poseen

calor o trabajo, pero uno de ellos, o ambos, cruzan los lmites del sistema cuando

un sistema sufre un cambio de estado.

Tanto el calor como el trabajo son ambos fenmenos de frontera, o sea que

suceden en los lmites. Ambos se observan solamente en los lmites del sistema

y ambos representa energa que cruza el lmite del sistema.

Tanto el calor como el trabajo son funciones de la trayectoria y diferenciales

inexactas.

Tambin se debe hacer notar que en el acuerdo en cuanto a los signos +Q representa el

calor transferido al sistema y, por lo tanto, se agrega energa al sistema, y +W

representa el trabajo que el sistema realiza y, por lo tanto representa la energa que sale

del sistema.


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Conclusin

Como se pudo leer la termodinmica como ciencia o rama de la fsica describe los

estados del equilibrio a travs de la energa interna y volumen, tambin de magnitudes

de temperatura y presin que son derivados del volumen y la energa interna.

La termodinmica al estudiar la transformacin de energa trmica en energa

mecnica, dentro de la rama de ingeniera elctrica funge un pilar muy importante en las

centrales termoelctricas donde se aprovecha esa trasformacin para la generacin de

electricidad.

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