Termodinámica para ingenieros PUCP Cap. 5...

Termodinámica para ingenieros PUCP

Cap 5 Termodinámica Definiciones- Pág. 1 Cap 5 Termodinámica Definiciones- Pág. 1

Cuando vemos que existen dos temperaturas diferentes (podemos ser nosotros y el ambiente), la Termodinámica existe; cuando las cosas se mueven la Termodinámica existe; cuando algún tipo de calor mueve algo, la Termodinámica existe….es decir, desde que el hombre descubrió el fuego (y mucho antes) la termodinámica existe….y existirá siempre.

Termodinámica significa THERMO = CALOR y DYNAMICS = MOVIMIENTO, entonces todo lo que tenga ambas cosas esta regida por las leyes de la Termodinámica, pero quiénes están dentro de este campo? Estamos los humanos, las hormigas, todos los animales y vegetales, casi todas las máquinas, los motores de los carros, los aviones, la refrigeradora de tu casa, los sistemas de aire acondicionado de los cines y restaurantes, las cocinas, etc., etc.….es decir casi todo lo que se mueve, caliente o enfríe….y les aseguro que es bastante.

Las dos leyes que la rigen (La primera y Segunda Leyes de la Termodinámica) nos ayudarán a descubrir qué sucede y que sucederá en el futuro en todo lo que tenga movimiento en el mundo, con ellas podemos calcular y diseñar máquinas y procesos, así como podemos decir también si lo diseñado o inventado funcionará o no, hasta este extremo llegó ya la nueva Termodinámica. Actualmente podemos tener más ayuda con los softwares y las computadoras, por lo que esta ciencia se está haciendo felizmente mas fácil de aplicarla cada día.

En este capítulo veremos los conceptos principales que todos tener que conocer COMO MINIMO para poder entender los próximos capítulos y poder hablar todos el mismo idioma «termodinámico».

Cap. 5 TERMODINAMICADefiniciones

INTRODUCCIÓN

DINAMICA = MOVIMIENTO W

TERMO= CALOR = Q T

LA TERMODINAMICA ESTU-DIA TODO LO RELACIONA-DO CON EL CALOR O SE MUEVE....O SEA CASI TODOS LOS SERES VIVIENTES Y LAS MAQUINAS !!!

Cap 5 Termodinámica Definiciones- Pág. 2Cap 5 Termodinámica Definiciones- Pág. 2

SISTEMA AISLADO:Es aquel que no es influenciado por el medio externo, es decir aquel en que no existe ninguna forma de energía ni masa que cruce el límite del sistema.

SISTEMA ADIABATICO: (AISLADO TERMICAMENTE)Es aquel en que no existe TRANSFERENCIA DE CALOR a través de sus límites con el medio ambiente; pero puede hacer trabajo. Ej. Caldera, condensador, turbina, termo doméstico.

Definiciones Fundamentales

MASA DE CONTROL (MC)

Se define como una porción definida o limitada de materia, o un espacio determinado de magnitud física, sobre la cual se enfoca la atención para su estudio. Todo lo que queda fuera del sistema se conoce como alrede-dores o medio externo. La separación entre el sistema y los alrededores se denomina límite o frontera del sistema, que puede ser real o imaginario, fija o móvil y que permite el intercambio de energía (trabajo y/ o calor) mas no intercambio de masa entre el sistema y

VOLUMEN DE CONTROL o SISTEMA ABIERTO (VC)

Se define como el volumen limitado por la superficie de control (SC) (límite en el VC) y que contiene el dispositi-vo o el espacio en el cual se da el suceso termodinámico que es objeto de nuestro análisis. A través de la SC existe transferencia de masa y de energía.Ej. Globo de inflar, llanta.

( imaginario )s móvil de automóvil

m constante

m varía

m - kg m - kg / s

El estudio de la Termodinámica requiere conceptos claros y comunicación precisa de ideas. Con tal proceso se ha desarrollado un lenguaje bastante específico. A continuación se ofrece un vocabulario para los que se inician en el estudio de la Termodinámica.

“SE DEFINE UNA MASA DE CONTROL CUANDO EL ANÁLISIS SE REFIERE A UNA CAN-TIDAD DE MASA Y UN VOLUMEN DE CONTROL CUANDO EL ANÁLISIS INVOLUCRA

5.1. Concepto de Sistema y Volumen de Control

.

.

Es cierto que Abimael Guzmán está aislado ?

Cap 5 Termodinámica Definiciones- Pág. 2



5.2 PORTADOR DE ENERGIA: (SUSTANCIA DE TRABAJO) Se denomina así al flujo en el cual se puede almacenar energía y del cual se puede extraer energía.

SISTEMAS HOMOGÉNEOS:

Son sistemas o volúmenes de control en que las componentes y las fases están uniformemente distribuidas, en el volumen que ocupa el sistema o volumen de control, es decir las propiedades físicas y químicas de la materia son iguales en todo el sistema o VC. Todo sistema homogéneo consta de una sola fase.

S I S T E M A S H E T E R O G É -NEOS:

Son sistemas o VC, en que los compo-nentes y las fases no están distribuidas uniformemente, consta de dos o más fases de una materia en que la composición

Combustible Fósil Oxígeno Cosas Vivientes( Bio - )

Líquido

Gaseoso

Sólido

5.3 FASECantidad de sustancia de composición química y estructura física totalmente homogénea. Toda sustancia pura puede existir en tres fases: sólido, líquido y gaseoso.

Este sistema puede ser adiabático aunque reciba calor internamen-te (resistencias eléctricas)...la idea es que no salga calor al

Portador de energia / Fase


SÓLIDOS:

Las partículas que forman el sólido, ya sean átomos, molécu-las o iones, sólo pueden vibrar con pequeña amplitud en torno a su posición de equilibrio en el cristal. No puede trasladarse lo que justifica que presenten forma y volumen constantes.

Al calentar un sólido cristalino, aumenta la temperatura y la amplitud de la vibración de las partículas se hace mayor. Cuando se alcanza el punto de fusión, las partículas ya no pueden mantenerse en una estructura tan rígida y se separan del resto. La energía que recibe el sólido se emplea íntegramente en deshacer la red cristalina y no en hacer más rápido el movimiento. La consecuencia es que la temperatura se mantiene constante mientras dura el cambio de fase (calor latente).Pero ésta no es la única posibilidad. Hay una minoría de casos en los que el sólido no funde, sino que sublima, pasando directamente a la fase gaseosa.Debe tenerse en cuenta que, a cualquier temperatura, las partículas de los sólidos tienen cierta tendencia a escapar. En la mayoría de los casos, esto es muy difícil porque las fuerzas de cohesión entre las partículas son muy altas. Se justifica así, que no podamos oler un trozo de hierro porque sus partículas no pueden escapar de la red cristalina.En algunos sólidos, donde las uniones son más débiles, las partícu-las pueden escapar con mayor facilidad, especialmente si aumenta la temperatura; en estas condiciones el sólido sublima, como es el caso del yodo o la naftalina utilizada para la protección de prendas de vestir.

En los sólidos la cohesión domina claramente sobre la dispersión (EK < EP). Como consecuencia, las partículas se mantienen fijas en una estructura ordenada y rígida, es decir, en una red cristalina.

Sólidos amórfos

Hay sustancias que son aparentemente como el resto de los sólidos, es decir tienen forma y volumen cons-tante y no fluyen. Sin embargo, su estructura interna no está formada por una red cristalina, sino que las partículas se distribuyen de forma irregular, como ocurre en los líquidos, pero sin capacidad de trasladarse. Son los sólidos amorfos.Al contrario que los sólidos cristalinos, los sólidos amorfos no poseen un punto de fusión bien definido, sino que al calentarlos reblandecen, de forma que en un cierto intervalo de temperatura no es fácil determinar si se tiene un sólido muy blando o un líquido muy viscoso. Ej. Plastelina.

Curva de fusión de un sólido cristalino. Curva de reblandecimiento de un solido amorfo.

la naftalina pasa de sólido a gas sin pasar por líquido !!!




Evaporación:

Los líquidos suelen estar formados por moléculas que se atraen unas a otras. Las que se encuentran en la super-ficie libre del líquido, aproximadamente horizontal, tienen la posibilidad de escapar de él, si consiguen vencer la atracción del resto.Sea cual sea la temperatura, siempre habrá moléculas con energías cinéticas y velocidades mayores y menores que la media. Las moléculas superficiales que sean “rápidas” conseguirán escapar del líquido, pasando al es-tado gaseoso. Se produce entonces el fenómeno de la evaporación. Si la evaporación ocurre en un recipiente cerrado, tendremos sobre el líquido, no sólo el aire, sino también las moléculas gaseosas que se han evaporado. Entre ellas habrá algunas claramente más “lentas” que la media, que tenderán a volver al líquido. Se produce entonces la condensación.Finalmente, se alcanza un equilibrio dinámico donde se evaporan por unidad de tiempo, tantas moléculas como se condensan. Los dos procesos inversos se siguen produciendo, pero la situación no evoluciona.Se llama Presión de Vapor a la presión del gas en equilibrio con el líquido. Se trata de una presión parcial, la total se obtiene sumando la que ejerce el aire más la del gas.Unos líquidos son más volátiles que otros, es decir tienen mayor presión de vapor. La presión de vapor de un líquido aumenta con la temperatura ya que un mayor número de moléculas pasa a la fase gaseosa y su presión se hace mayor.

En los líquidos se da un cierto equilibrio entre cohesión y dispersión (EK ≈ EP) de forma que las partículas ya no se encuentran limitadas a una posiciones fijas, sino que pueden trasladarse, aunque están obligadas a moverse todas juntas.Esta condición de agrupación justifica que mantengan un volumen fijo y su densidad sea similar a la de los só-lidos, mientras que la posibilidad de traslación permite que adopten la forma del recipiente y que se deslicen unas sobre otras, es decir que el líquido fluya.

LIQUIDOS:

El paso de un líquido a la fase gaseosa recibe el nom-bre general de vaporización. Dentro de ella, hemos visto que se puede distinguir entre dos fenómenos distintos: la evaporización que es un fenómeno su-perficial que se produce a cualquier temperatura y la ebullición que sucede en toda la masa del líquido y a una temperatura fija para una presión dada.

Las leyes de la evaporación son fáciles de justificar. Puede establecerse que la evaporación aumenta con los siguientes factores:

- La superficie, porque aumenta el número de moléculas en la posición adecuada para escapar.- La temperatura porque las moléculas poseen mayor energía cinética y velocidad, con lo que su escape

es más fácil.- La renovación del aire porque se arrastran las moléculas evaporadas y se evita la condensación y por

lo tanto se alcanza el equilibrio.La evaporación siempre enfría un líquido: al escapar las moléculas de mayor energía, el valor medio de esta baja y en consecuencia lo hace la temperatura del líquido.

Fases

v = Ctep = Cte

Líquido Incompresible

P total = P vapor agua + P airePor qué se evapora el agua en las pistas, si no está a 100 oC ?...o sí ?


Ebullición:

Cuando un líquido hierve se pueden observar burbujas que nacen en su interior y ascienden hasta la superficie. Si estas burbujas no se distribuyen es porque se equilibra la presión en su interior con la presión exterior.La presión en el interior de la burbuja gaseosa es la presión de vapor a la temperatura a la que se encuentra el líquido, mientras que la presión exterior es la atmosférica. En consecuencia, un líquido hierve cuando la presión de vapor se equilibra con la presión externa, con lo que se justifica la dependencia del punto de ebu-llición de la presión. Para conocer su valor a una presión dada, es necesario disponer de la curva de presión de vapor de la sustancia que se estudia.

Cristales líquidos

Hemos visto que los sólidos cristalinos se caracterizan por poseer un punto de fusión totalmente determinado, mientras que los sólidos amorfos tienen un intervalo de temperatura para pasar del estado sólido al líquido. Hay tambien ciertosd materiales que se caracterizan por tener, aparentemente, dos puntos de fusión. En el primero, el sólido funde a una especie de líquido traslúcido y, a otra temperatura superior, se clarifica, adquiriendo el aspecto de un líquido.

Cuando se estudian estas sustancias se observa que poseen las propiedades que caracterizan el estado líquido. Así, fluyen, for-man gotas, adoptan la forma de la vasija, pero también poseen propiedades que son características de los sólidos cristalinos; entre estas propiedades está la anisotropía óptica.

Estas sustancias responden a estímulos exteriores, como presión, diferencia de potencial, etc., presentando cierta propiedad ópti-ca; es esa cualidad la que ha popularizado estos materiales. En resumen, estas sustancias son líquidos con algunas propiedades de los sólidos.

Los cristales líquidos son hoy populares porque con ellos se fabrican las pantallas LCD (Liquid Crystal Display ó Indicadores de Cristal Líquido) que llevan incorporados los relojes digitales, las calculadoras de bolsillo y numerosos aparatos, como los ordenadores portátiles. Las futuras pantallas de televisión o los monitores de las computadoras emplearan esta tecnología perfeccionada, pues consigue altas definiciones, exige poco consumo eléctrico, no parece limitada por el tamaño y elimina los sistemas de alto voltaje, siempre peligrosos.

Algunos de los cristales líquidos cambian el color por estímulos externos debido a variaciones de temperatura o de presión. Así han aparecido en el mercado películas delgadas que puestas sobre la piel adquieren distintos colores en función de la temperatura. En medicina pueden usarse para detectar zonas anómalas debidas a tumores y, en la industria, aplicarlos para descubrir zonas de temperatura excesiva en circuitos electrónicos. Incluso respon-den con cambios de color a la presencia de ciertos gases nocivos, con lo cual pueden emplearse como detectores de seguridad. Pantallas Líquidas




GASES:La fase gaseosa es la más sencilla de estudiar y, en conse-cuencia, el primero del que se obtuvieron leyes empíricas. Estas leyes permiten la descripción cuantitativa de determi-nados fenómenos pero no su interpretación si no se parte de un modelo.El modelo más sencillo establece que todas las sustancias están formadas por partículas esféricas, impenetrables y sin estructura interna. En el caso de los gases se comprobó más tarde que estas partículas son moléculas o muy raramente átomos. Todos los gases son reales sin embargo pueden com-portarse como ideales cuando la presión es bastante baja.

Teoría cinética:

La teoría cinético-molecular permite explicar los distintos estados de la materia y las transformaciones entre unos y otros. Dicha teoría aplicada a los gases, puede reunirse en los siguientes puntos:

a) Las moléculas se mueven al azar con absoluta libertad.

b) Se encuentran muy alejadas entre si. Como con-secuencia el volumen que ocupan es despreciable frente al total y además, se puede considerar que no hay fuerzas de atracción entre ellas.

c) Las moléculas chocan elásticamente entre sí y con las paredes del recipiente que contiene el gas. El continuo choque contra las paredes de dicho reci-piente genera una fuerza media entre ellas que es

Un gas se considera ideal cuando cumple todas estas condiciones, lo que exige que la presión sea muy baja.

bye!!

Líquidos y Sólidos

El H2O se com-porta diferente que los demas....quien lo entien-de ?

el agua es más densa a

los 4oC

Fases

Si calientas el agua de 0oC a 4oC éste se vuelve pequeño y luego vuelve a hacerse grande como los demás líquidos

p = 1 / v

Es decir, a mínimo volumen específico tendremos máxima densidad


Energía cinética y cero absoluto:

La energía necesaria para el movimiento desordenado de las partículas tienen un origen térmico, es decir dependen de la temperatura. Sólo en el cero absoluto, las partículas de cualquier sustancia estarían rigurosamente inmóviles. Sin embargo, la teoría predice que el cero absoluto de temperatura es inalcanzable.La energía cinética media es proporcional a la temperatura absoluta; es decir la temperatura es un indicador de la energía cinética media y de la velocidad de las partículas. Respecto a este valor siempre existirán partículas más rápidas y otras por tanto más lentas.En el siguiente capítulo, estudiaremos a detalle los gases reales, los gases ideales y las leyes que rigen a estos últimos.

T: baja V(medio): baja

T: alta V(medio): alta

Adios Mundo Cruel... nAdA se Mueve en Mi.

Pero no todas las partículas se mueven del mismo modo: sus veloci-dades tienen direcciones distintas y sus valores también diferentes. En una situación como esta no puede hablarse de la velocidad y de la energía cinética de las partículas como si hubiera un único valor perfectamente determinado.Lo que si es posible es recurrir a la estadística y definir la energía cinéti-ca y la velocidad media. En esta descripción la mayoría de las partículas tendrán velocidades muy próximas al valor medio, pero existirá siempre una minoría con valores más altos o más bajos que éste

en reAlidAd soy líquido Adentro y Me Convierto en gAs CuAndo sAlgo, debido A lA bAjA presión de lA AtMósferA

Supondremos en todo momento gases ideales. Como se ha explicado las moléculas del gas se encuentran en continuo movimiento, en consecuencia cada una de ellas posee una energía cinética que depende de su masa y del cuadrado de su velocidad.




Clasificación:

Propiedad interna o termostática:

Se limita a las características de la estructura química o física de la materia que se presenta en los sistemas en equilibrio. Ej. Presión, temperatura.Toda propiedad termostática es función de las demás, no es necesario especificar el valor de todas las pro-piedades termostáticas para determinar el estado interno de un sistema en equilibrio.

Propiedad externa o mecánica:

Es una característica del movimiento del sistema o de su posición respecto a un marco de referencia en un campo gravitatorio. Ej. Velocidad, altura.

Otra clasificación:

Propiedad Intensiva:Son aquellas propiedades independientes de la magnitud de la masa considerada; no varían con una partición imaginaria del sistema. Se les representa con letras minúsculas a excepción de la temperatura. Ejemplo:

Propiedad extensiva:

Son aquellas propiedades que dependen de la masa considerada, varían con una participación imaginaria del sistema. Se les representa con letra mayúscula. Ejemplo:

Propiedad específica:

Son propiedades extensivas por unidad de masa. Las propiedades específicas son también intensivas, por lo que se les representa con letra minúscula. Ej. Volumen específico.

Son parámetros que definen el estado en que se encuentra una sustancia, un Sistema o un VC. Una propiedad es una característica propia de todo el sistema y no depende de la manera que un sistema cambia de estado sino únicamente de una condición de estado final; es decir, que si el sistema pasa de un estado a otro la propiedad tiene que depender únicamente del estado y no de los cambios que haya experimentado de pasar de una condición a otra.La propiedad únicamente estará definida cuando sea uniforme en todo el sistema y el mismo se hallará entonces en equilibrio con respecto a cada propiedad. Es decir:

5.4 PROPIEDADES

Las propiedades describen un estado cuando el sistema está en equilibrio termodinámico.

no dependen de la masa

éstas de-penden de la

masa

intensiva = independiente

V = m v Bastan dos propiedades termostáticas, intensivas e independientes entre sí, para determinar el estado de una sustancia pura.

específica


SUSTANCIA PURASe define como aquella que tiene una composición química homogénea e invariable que puede existir en más de una fase. Ej. El agua.

Sin embargo, cada sustancia tiene propiedades determinadas. La propiedad más general y por lo tanto más común es su estado físico. A continuación enunciaremos algunas propiedades que definen una sustancia, como por ejemplo:

DENSIDAD

Es el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.

La unidad en la que se expresa es el kg / m3. También puede ser expresada en g/ cm3.Las sustancias sólidas poseen densidades que oscilan entre 0.7 g/ cm3 y 20 g/ cm3. Los líquidos entre 0.7 y 3 g/ cm3 y los gases poseen densidades en condiciones ambientales del orden del 1.3 x 10-3 g/ cm3.La densidad es una propiedad intensiva. Es una sustancia pura, la densidad es la misma en cualquier parte de ella y no depende ni del tamaño ni de la masa de la sustancia.La densidad es una magnitud que para los sólidos y los líquidos depende principalmente de la temperatura; para los gases de la temperatura y la presión. Aunque la densidad no define completamente una sustancia es de gran ayuda. Para definir completamente una sustancia necesitaríamos de otras propiedades cuantitativas.Existen también propiedades que definen las cualidades de las sustancias, algunas de ellas son:

- Si es sólida:Fragilidad: cualidad de una sustancia que se fragmenta en trozos más pequeños por la acción de un golpe. El vidrio es frágil.Tenacidad: cualidad del material que es capaz de absorber las fuerzas exteriores aplicadas.Elasticidad: cualidad del material que se deforma por la acción de una fuerza, pero que recupera su forma primitiva al cesar la acción.Dureza: cualidad del material que presenta alta resistencia a la penetración de otro material en su interior.

- Si es líquida:Viscosidad: se aplica a los materiales que tienen resistencia a fluir.Inflamable: cualidad del material que, en contacto con el aire, tiende a combinarse con el oxígeno y formar nuevas sustancias con desprendimiento de luz y calor.

Propiedades físicas relevantes: Las propiedades que sirven para caracterizar las sustancias se pueden clasificar principalmente en mecánicas, térmicas, ópticas, eléctricas y magnéticas. El que en los trabajos científicos aparezcan unas u otras depende del uso que se piense dar a la sustancia o de la importancia que alguna pro-piedad tenga en relación con el avance científico.Las propiedades físicas varían significativamente de unas sustancias a otras. Entre las más impor-tantes encontramos: Punto de fusión, punto de ebullición, calor latente de fusión, calor latente de vaporización (en el punto de ebullición), calor específico y densidad.

1 m3 de acero masa = 8000 kg

densidad = 8000 kg/m3

1 m3 de maderamasa = 700 kg

densidad = 700 kg/m3

H2O H2O




El hecho de que una misma sustancia pueda presentarse en distintos estados físicos de la materia no es una propiedad exclusiva del agua sino que es una propiedad de muchas sustancias. Así el gas llamado dióxido de carbono, el que se escapa cuando abres una gaseosa, es relativamente fácil tenerlo en forma sólida y en ese estado se conoce con el nombre de nieve carbónica o hielo seco.Por otra parte, los gases que componen el aire se pueden licuar y por ello se obtienen industrialmente por destilación del aire liquido.Cuando una sustancia pasa de un estado a otro, el fenómeno se llama cambio de estado.

5

1. Fusión. 4. Condensación. 2. Solidificación 5. Sublimación3. Vaporización 6. Licuefacción

Condensación: Las moléculas lentas pasan de la fase gaseosa a la líquida.

ESTADO

Es una condición determinada de la sustancia definida en fun-ción de características denominadas propiedades. El estado de una sustancia describe por completo la forma en que existe dicha materia.El agua es una sustancia natural que aparece en forma sólida, líquida y gaseosa (fases), según las condiciones de presión y temperatura en que se encuentre es decir cambia de estado.

Sólido

Líquido

Gaseoso

Evaporación: fenómeno superficial se produce a cualquier temperatura

Propiedades Químicas:Hasta ahora se ha hablado de propiedades físicas, cuya medida no supone alterar la naturaleza de la sustancia. Por ejemplo: el cambio de estado de sólido a líquido del agua no altera su naturaleza. En definitiva, cuando un fenómeno no origina nuevas sustancias, aunque haya cambios de estado, se produce una transformación física.Por otra parte, cuando las sustancias interaccionan entre sí pueden dar lugar a otras sustancias con propiedades completamente diferentes. Por ejemplo; si sumergimos un anillo de oro en un recipiente con agua, no parece suceder nada y el oro y el agua conservan sus propiedades físicas. Pero si se añade sodio al agua, ocurre una reacción violenta con producción de un gas llamado hidrógeno, y esta nueva sustancia tiene propiedades completamente diferentes de las del agua y del sodio.

5.5.CAMBIOS DE ESTADO

4. Condensación.


Los cambios de estado de una sustancia están asociados a una temperatura y a una variación de energía. Por ejemplo el agua líquida a la presión de una atmósfera y a la temperatura de cero grados se puede congelar, esto es pasar al estado sólido; o con más propiedad, se dice que en estas condiciones coexisten los estados sólido y líquido de la sustancia agua.Cada sustancia pura tiene una temperatura (a una presión fija) para la que coexisten las fases sólida y líquida; se llama temperatura de fusión o punto de fusión.

ESTA ES LA LINEA PARA LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA PV EN LIMA

El paso de una sustancia del estado sólido al estado líquido requiere el aporte de energía térmica; en términos más corrientes decimos que para fundir un sólido hemos de calentarlo. Primero se comunica calor al sólido hasta que alcanza temperatura de fusión, la cual depende de la presión exterior. A continuación, se le sigue suministrando energía para que funda y pase al estado líquido sin que haya cambio de temperatura. A este aporte de energía para verificar el cambio de estado se le llama calor latente (QL) de fusión. Si el cambio de fase corresponde al paso de líquido a gas, el aporte específico de energía se llama calor latente de vaporiza-ción. En ambos casos, el calor latente es proporcional a la masa de la sustancia. Cada sustancia pura tiene un calor latente de fusión y de vaporización.

Cambios de estado del agua:

El agua es una sustancia natural que aparece en forma sólida, líquida y gaseosa, según las condiciones de presión y temperatura en que se encuentre.Si a una sustancia tal como el agua a una presión de una atmósfera, se le comunica calor para verificar los cambios de estado sólido a líquido y posteriormente de líquido a gas, y en el experimento se mide la tempera-tura y el tiempo, se obtiene la siguiente gráfica, de la cual podemos obtener las siguientes observaciones:

En el Cusco donde la presion es menor el

agua hervira a menor temperatura




El vapor no se considera como gas ideal, sólo a determinadas condiciones de P y T.

- Tramos inclinados que corresponden al calentamiento con aumento de temperatura. La inclinación es distinta porque los calores específicos del hielo y del agua son diferentes.

- Mesetas que corresponden a los cambios de fase: fusión y ebullición.- Observamos los puntos A, B y C. En A se ha alcanzado la temperatura de fusión (o punto de fusión)

del hielo; a partir de aquí comienza la fusión. En el punto B se está produciendo la fusión y tenemos una mezcla de hielo y agua, que contendrá mayor proporción de hielo cuanto más próximo esté B del punto A. En C la fusión ha terminado y todo el hielo se ha convertido en agua líquida, a partir de este momento el calor absorbido se invierte en incrementar la temperatura.

GAS IDEAL:Sustancia pura en el estado gaseoso.Ecuación de estado:

es como quemar unos 340 fósforos

Y para evaporar 1 kg de aguia hasta los 100 |C, necesitamos 2 300 000 J = 2,300 kJ; este número se llama el CALOR LATENTE DE VAPORIZACION DEL AGUA

es como quemar unos 2,300 fosfo-

ritos

equilibrio termodinamico

El punto de fusión y de ebullición así como los calores latentes de fusión y vaporización (en el punto de ebullición) son propiedades que sirven para caracterizar las sustancias.Los cambios de estado se clasifican desde el punto de vista energético en endotérmicos y exotérmicos. Los primeros suponen absorción de energía desde una fuente exterior para que el cambio se verifique y los segundos transcurren con una cesión de energía al exterior.Si un cambio determinado es endotérmico, el cambio de fase en sentido contrario es exotérmico.Así para fundir un kg de hielo hay que aportar 340 000 J = 340 kJ de energía; si el cambio de estado es la congelación de un kg de agua se desprende esos mismos 340 kJ de energía; este número se llama el CALOR LATENTE DE FUSION

adelantando un poco al curso ....


Para estudiar en forma razonable el comportamiento de un sistema partimos generalmente de un estado de equilibrio de tal sistema, denominado Equilibrio Termodinámico de un Sistema.El Equilibrio Termodinámico implica fundamentalmen-te:a) Equilibrio Mecánico: igualdad de fuerzas (F = P x A

) Esto lo estudiamos en Estática como Diagrama de Cuerpo Libreb) Equilibrio Térmico: igualdad de temperatura. (T =

PROCESO:Un proceso termodinámico es simplemente un cambio de estado que se produce en un sistema o volumen de control.

Clasificación:Proceso cuasi estático:Es un proceso durante el cual el sistema atraviesa una serie continua de equilibrio en que las propiedades tienen constan-temente valores bien definidos, es decir, es un proceso que requiere el conocimiento de las condiciones en las que se de-sarrolla el cambio de estado; es aquel en que la desviación del equilibrio termodinámico es infinitesimal y todos los estados por que pasa la sustancia durante el cambio de estado pueden considerarse como estados de equilibrio. En un proceso casi estático se conoce la trayectoria de la sucesión de estados por los que evoluciona un sistema en un cambio de estado.

SI ESTOY EN EQUILIBRIO TERMODINÁMICO NO PUEDO HACER NADA

Cuasiestático

Un sistema en equilibrio termodinámico es incapaz de evolucionar espontáneamente.

5.6 EQUILIBRIO TERMODINÁMICO

Cuál es la ecuación de la curva ?

Todas las curvas pueden tener una sola ecuación, cuál es ?




Proceso no estático:

En este proceso la situación de equilibrio del sistema y por consiguiente sus propiedades no están bien de-finidas. En este tipo de proceso sólo tendremos información de los estados inicial y final y de los cambios totales ocurridos en él.

Otra clasificación:Proceso reversible:

Un proceso se denomina reversible si puede ser detenido en cualquier punto de su desarrollo o invertirse el sentido del mismo, pasando al invertirlo por los mismos estados por los que paso inicialmente, sin producir cambios en el sistema o los alrededores. Es aquel proceso que puede regresar a su estado inicial en forma natural. Ej. Deformación elástica de un resorte.

Proceso irreversible:Es simplemente aquel proceso que no cumple las condiciones establecidas para un proceso reversible. Sólo regresan a las condiciones iniciales con intervención externa.Los procesos irreversibles pueden variar tanto no estática como cuasiestáticamente por aproximación. Todos los procesos reales son irreversibles.Ej.

- Transferencia de calor. - Deformaciones plásticas- Perdidas por fricción - Procesos naturales.

Que no te engañe nadie, to-dos los procesos son siem-

pre IRREVERSIBLES !!!

Procesos / ciclos

Para un valor determinado de V3, no podemos precisar exactamente a qué presión está !

ni los mejores resortes del mundo son reversibles....hasta ellos se fatigan con

el tiempo y se rompen

Este tema lo estudiaremos con más detalle cuando veamos la Segunda Ley de la Termodinámica.


CICLO:Cuando un sistema en un estado inicial dado realiza varios cambios de estado o procesos y finalmente, re-torna a su estado inicial, diremos que dicho sistema ha experimentado un ciclo.El concepto de Ciclo Termodinámico lleva implícito el de Masa de Control. Al concluir el ciclo, todas las pro-piedades tienen el mismo valor que al inicio, es decir, todas las propiedades retornan a su valor inicial.

Termodinámicamente hablando, un «ciclo» en la universidad sería un «verdadero ciclo» si te jalaran todos los cursos y los vuelves a repetir.

MAQUINAS QUE FUNCIONAN CON CICLOS TERMODINAMICOS




maquinas termodinamicas

Conmigo aprenderan a conocer como funcionan cada una de estas maqui-nas, a reconocer los ciclos

termodinamicos que tienen cada uno de ellos, y de muchas maquinas

mas, entendido ?


FORMULARIO




Formulario


http://thermo.sdsu.edu/testcenter/testhome/index.html

SOFTWARE LIBRE DE TERMODINAMICA

Termodinámica para ingenieros PUCP Cap. 5...

Documents

Transcript of Termodinámica para ingenieros PUCP Cap. 5...