Termodinámica y energía. Estado y equilibrio. Ley cero de la Termodinámica. Propiedades de un sistema. Procesos, ciclos, sistemas cerrados y abiertos. Formas de energía.
LUIS MIGUEL ALTAMIRANO BECERRA en esta unidad nos dava los conceptos como TERMODINAMICA,Es una ciencia en que se estudian el almacenamiento, trasformación y trasferencia de energía. Dentro de la termodinámica, deducimos ecuaciones que relacionan las trasformaciones y trasferencias de energía con propiedades como son temperatura, presión y densidad. El objeto del ingeniero al estudiar termodinámica es casi siempre el análisis o el diseño de un sistema a gran escala. laENERGIA: la energía se almacena, trasforma y trasfiere.no se destruye.hay varios tipos de enegias k son : Energía interna: asociada con la temperatura Energía cinética: debida al movimiento Energía potencial: debida a elevación Energía química: debida a composición química 1. ESTADO Y EQUILIBRIO ESTADO: es su condición cuando se describe el sistema dando valores a sus propiedades en un instante en particular. EQUILIBRIO TERMODINAMICO: Cuando las propiedades son constantes de punto a punto y no hay tendencia para cambio con el tiempo. Si un sistema ha de experimentar un gran cambio en sus propiedades cuando se somete a una pequeña perturbación, se dice que está en equilibrio metaestable. FASE: Materia que tiene la misma composición química. SUPERFICIE DE CONTROL: Superficie que rodea al volumen de control. VOLUMEN DE CONTROL: Volumen hacia o desde el cual fluye una sustancia.
La Ley cero de la termodinámica nos dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarán la misma temperatura, es decir, tendrán ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, también alcanzará la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en contacto. 2. PROPIEDADES DE UN SISTEMA SISTEMA SIMPLE: El estado esta fijo cuando dos propiedades cualesquiera son fijas. Recibe la mayor de las atenciones en termodinámica de ingenieros. PROPIEDAD: Es cualquier cantidad que sirva para describir un sistema. PROPIEDADES INTENSIVAS: Es aquella que no depende de la masa del sistema, por ejemplo, temperatura, presión, densidad y velocidad. Estas propiedades no se unen. PROPIEDADES EXTENSIVAS: Es aquella que depende de la masa del sistema, por ejemplo, masa, volumen, cantidad de movimiento y energía cinética. Estas propiedades se suman. PROPIEDADES ESPECIFICAS: Divide una propiedad extensiva entre la masa. 3. PROCESOS, CICLOS Y SISTEMAS CERRADOS Y ABIERTOS PROCESO: Es cuando un sistema cambia de un estado de equilibrio a otro, en el curso de estados sucesivos por los que se pasa. Si un proceso en particular puede ser considerado casi en equilibrio o no en equilibrio, depende de la forma en que el proceso se lleva a cabo. Para casi equilibrio solo se requiere que las propiedades del sistema sean uniformes en cualquier instante durante un proceso. P. ISOTERMICO: La temperatura se conserva constante. P. ISOBARICO: La presión se conserva constante. P. ISOMETRICO: El volumen se conserva constante. CICLO: Cuando un sistema en un estado inicial determinado experimenta una serie de procesos y regresa a su estado inicial. SISTEMA AISLADO: No transfiere masa ni energía. SISTEMA CERRADO: Solo se transfiere energía. SISTEMA ABIERTO: Transfiere energía y masa. 4. FORMAS DE ENERGIA Un sistema puede poseer varias formas diferentes de energía. Energía cinética: cuando se suponen propiedades uniformes en todo el sistema. ENERGIA POTENCIAL: Es la energía de un sistema posee debido a su elevación h sobre alguna línea de referencia seleccionada . ENERGIA INTERNA: Esta asociada con las moléculas con el movimiento que está influenciada por varias propiedades macroscópicas como la presión, temperatura y volumen especifico. La ley de la conservación de la energía expresa que la energía de un sistema aislado permanece constante. No se puede crear ni destruir energía en un sistema aislado; solo se puede trasformar de una forma u otra.
DAISY: 1.-La termodinámica (del griego θερμo-, termo, que significa "calor" 1 y δύναμις, dinámico, que significa "fuerza" 2 ) es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico. Aproximadamente, calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.
Estado de un sistema Un sistema que puede describirse en función de coordenadas termodinámicas se llama sistema termodinámico y la situación en la que se encuentra definido por dichas coordenadas se llama estado del sistema.
El equilibrio térmico se presenta cuando dos cuerpos con temperaturas diferentes se ponen en contacto, y el que tiene mayor temperatura cede calor al que tiene más baja, hasta que ambos alcanzan la misma temperatura.
Ley Cero Si dos sistemas A y B están en equilibrio termodinámico, y B está en equilibrio termodinámico con un tercer sistema C, entonces A y C están a su vez en equilibrio termodinámico. Este principio es fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibe la posición 0. Sistema Se puede definir un sistema como un conjunto de materia, que está limitado por una superficie, que le pone el observador, real o imaginaria. Si en el sistema no entra ni sale materia, se dice que se trata de un sistema cerrado, o sistema aislado si no hay intercambio de materia y energía, dependiendo del caso. En la naturaleza, encontrar un sistema estrictamente aislado es, por lo que sabemos, imposible, pero podemos hacer aproximaciones. Un sistema del que sale y/o entra materia, recibe el nombre de abierto.
2.-SUSTANCIAS PURAS Se considera una sustancia pura aquella que mantiene la misma composición química en todos los estados.
MEZCLA DE GASES IDEALES. LEY DE DALTON.
"La presión total de una mezcla de gases ideales, en equilibrio térmico, es igual a la suma de las presiones parciales que ejerce cada gas, suponiendo que cada uno de ellos ocupase todo el volumen de la mezcla." p•V = (nA+nB+....+nn) R•T
Gases Perfectos
La variación con la altura de la Presión atmosférica o de la densidad atmosférica es lo que se conoce como Ley barométrica. No es lo mismo la variación de la presión con la altura en un líquido como el océano que en un gas como la atmósfera y la razón estriba en que un líquido no es compresible y por tanto su densidad permanece constante.
GAS REAL Los gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presión se comportan como gases ideales; pero si la temperatura es muy baja o la presión muy alta, las propiedades de los gases reales se desvían en forma considerable de las de los gases ideales
La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética).
3.- PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
También conocido como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.
3.- PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
También conocido como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.
5.-ENTROPIA
En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La palabra entropía procede del griego (ἐντροπία) y significa evolución o transformación.
La termodinámica (del griego θερμo-, termo, que significa "calor" 1 y δύναμις, dinámico, que significa "fuerza" 2 ) es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico. Aproximadamente, calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.
Estado de un sistema Un sistema que puede describirse en función de coordenadas termodinámicas se llama sistema termodinámico y la situación en la que se encuentra definido por dichas coordenadas se llama estado del sistema.
Sistema y ambiente En el estudio de la Termodinámica la atención está dirigida al interior de un sistema, aunque se adopte un punto de vista macroscópico, sólo se consideran aquellas magnitudes de este tipo que tienen relación con el estado interno del sistema. Para poder entender las magnitudes involucradas en este tema, se hace necesario definir los conceptos de sistema y estado de un sistema.
Una sustancia pura puede estar conformada por mas de un elemento químico ya que lo importante es la homogeneidad de la sustancia. El aire se considera como una sustancia pura mientras se mantenga en su estado gaseoso, ya que el aire está conformado por diversos elementos que tienen diferentes temperaturas de condensación a una presión específica por lo cual al estar en estado líquido cambia la composición respecto a la del aire gaseoso. Ejemplos de sustancias puras son: el agua, el nitrógeno, el helio y el dióxido de carbono. GAS REAL Los gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presión se comportan como gases ideales; La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética).
Todos los cuerpos, pueden poseer energía debido a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa y a algunas otras propiedades.
La energía potencial y la energía cinética son dos elementos a considerar, tanto en la mecánica como en la termodinámica. Estas formas de energía se originan por la posición y el movimiento de un sistema en conjunto, y se conocen como la energía externa del sistema.
La Segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía tal que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.
En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo
bueno esta unidad nos dice que la TERMODINAMICA es la ciencia que se encarga estudiar el almacenamiento, transformacion y transferencia de energia. tambien nos dice que es el campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de la materia de los sistemas macroscópicos, así como sus intercambios energéticos. Los principios de la termodinámica tienen una importancia fundamental para todas las ramas de la ciencia y la ingeniería. Un concepto esencial de la termodinámica es el de sistema macroscópico, que se define como un conjunto de materia que se puede aislar espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable. El estado de un sistema macroscópico se puede describir mediante propiedades medibles como la temperatura, la presión o el volumen, que se conocen como variables de estado. Es posible identificar y relacionar entre sí muchas otras variables termodinámicas (como la densidad, el calor específico, la compresibilidad o el coeficiente de dilatación), con lo que se obtiene una descripción más completa de un sistema y de su relación con el entorno.
ESTADO Y EQUILIBRIO: Cuando se han especificado las variables necesarias para describir al sistema se dice que se ha particularizado el estado del sistema. Un sistema se encuentra en estado definido cuando todas sus propiedades poseen valores específicos. Si a su vez estos valores no cambian con el tiempo, el sistema se dice que está en equilibrio termodinámico, para el cual no existe un flujo de masa o energía. El equilibrio termodinámico se establece una vez que el sistema alcanza otro tipo de equilibrios.
LEY CERO DE LA TERMODINAMICA: nos dice que si un cuerpo A está en equilibrio térmico con un cuerpo C y un cuerpo B también está en equilibrio térmico con el cuerpo C, entonces los cuerpos A y B están en equilibrio térmico o bien cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero se encuentran en equilibrio térmico entre sí.
PROPIEDADES DE UN SISTEMAS: nos dice que se clasifican en: -Propiedades Extensivas: Son aquellas propiedades que dependen de la masa total del sistema. Por ejemplo, la masa es una propiedad extensiva, como también lo es la cantidad total de energía cinética que tiene, o el momento de inercia. etc. -Propiedades Intensivas: Son aquellas que varían de punto a punto del sistema o bien no dependen de la masa total. Por ejemplo, la temperatura es una propiedad intensiva. También podría serlo el voltaje. Algunas de estas propiedades son variables y otras no lo son.
PROCESOS,CICLOS, SISTEMAS CERRADOS Y ABIERTOS: proceso termodinámico es la evolución de determinadas magnitudes (o propiedades) propiamente termodinámicas relativas a un determinado sistema físico. Desde el punto de vista de la termodinámica, estas transformaciones deben transcurrir desde un estado de equilibrio inicial a otro final; es decir, que las magnitudes que sufren una variación al pasar de un estado a otro deben estar perfectamente definidas en dichos estados inicial y final. De esta forma los procesos termodinámicos pueden ser interpretados como el resultado de la interacción de un sistema con otro tras ser eliminada alguna ligadura entre ellos, de forma que finalmente los sistemas se encuentren en equilibrio (mecánico, térmico y/o material) entre si. CICLO: es cualquier serie de procesos termodinámicos tales que, al transcurso de todos ellos, el sistema regrese a su estado inicial; es decir, que la variación de las magnitudes termodinámicas propias del sistema sea nula. SISTEMA ABIERTO: un sistema del que sale y/o entra materia. SISTEMA CERRADO: cuando en el sistema no entra ni sale materia. SISTEMA AISLADO: es cuando no hay intercambio de materia y energia, dependiendo el caso.
FORMAS DE ENERGIA: -LA ENRGIA TERMICA Toda sustancia se compone de moléculas ,estas moléculas están en constante.Cuanto mas caliente esta algo, mas rápido se mueven las moléculas . Entonces, la energía térmica es en realidad el efecto de las moléculas en movimiento. -LA ENERGIA MECANICA Hay dos tipos de energía: la energía cinética y la energía potencial. La energía cinética es la energía que tiene un cuerpo en movimiento. Cuanto mas rápido se mueven, más energía cinética posen. La cantidad de energía cinética que tiene un cuerpo, depende de la masa que esta en movimiento (m)y de la velocidad a la que se desplaza esa masa(v). 1 2 Ec= ---- mv 2
La energía potencial se la denomina energía almacenada. Cualquier objeto que pueda caerse tiene energía potencial gravitatoria . Por ejemplo el agua que esta detrás de una presa tiene energía potencial a causa de su posición .El agua puede caer desde esta posición y ejercer una fuerza desde una distancia y, por tanto, hacer trabajo, en este caso: accionar una turbina para generar electricidad.
La formula para medir la energía potencial gravitatoria es:Ep= m · g · h.
-TERMODINÁMICA La termodinámica es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico. Aproximadamente, calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento.
-ESTADO DE EQUILIBRIO TERMODINÁMICA En termodinámica, se dice que un sistema se encuentra en estado de equilibrio termodinámico, si es incapaz de experimentar espontáneamente algún cambio de estado cuando está sometido a unas determinadas condiciones de contorno, (las condiciones que le imponen sus alrededores). Para ello ha de encontrarse simultáneamente en equilibrio mecánico y equilibrio químico.
-LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA La Ley cero de la termodinámica nos dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarán la misma temperatura, es decir, tendrán ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, también alcanzará la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en contacto. -PROPIEDADES DE SISTEMAS: Los sistemas se caracterizan por tener una serie de propiedades. Estas se clasifican en: Propiedades Extensivas: Son aquellas propiedades que dependen de la masa total del sistema. Por ejemplo, la masa es una propiedad extensiva, como también lo es la cantidad total de energía cinética que tiene, o el momento de inercia. etc. Propiedades Intensivas: Son aquellas que varían de punto a punto del sistema o bien no dependen de la masa total. Por ejemplo, la temperatura es una propiedad intensiva. También podría serlo el voltaje. Algunas de estas propiedades son variables y otras no lo son. -PROCESO Termodinámico a la evolución de determinadas magnitudes (o propiedades) propiamente termodinámicas relativas a un determinado sistema físico. -SISTEMA CERRADO Un sistema cerrado o sistema aislado es un sistema físico (o químico) que no interacciona con otros agentes físicos situados fuera de él y por tanto no está conectado "causalmente" ni correlacionalmente con nada externo a él. -SISTEMAS ABIERTOS Un sistema abierto es aquel que tiene entrada y/o salida de masa, así como interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, también puede realizar trabajo de frontera. La ecuación general para un sistema abierto es:
O igualmente:
Q − W + ∑ minθin − ∑ moutθout = ΔEsistema in out Donde in representa todas las entradas de masa al sistema; out representa todas las salidas de masa desde el sistema; y θ es la energía por unidad de masa del flujo y comprende entalpía, energía potencial y energía cinética, . La energía del sistema es -FORMAS DE ENERGIA Energía mecánica: Energía cinética: Es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo en virtud de la velocidad que posea. Se representa normalmente por las letras K (que proviene del término inglés Kinetic), T o mediante la expresión Ec. Esta energía es propia, por consiguiente, de los cuerpos en traslación y en rotación, pudiéndose considerar dos clases de energía cinética: Energía cinética de un cuerpo en traslación. Energía cinética de un cuerpo en rotación.
La energía cinética de un cuerpo en traslación. Cuando a un cuerpo en reposo se le aplica una fuerza constante en la dirección de la traslación, el trabajo efectuado por ella para recorrer un determinado espacio será: T=f x e siendo: T= Trabajo; f=fuerza constante; e= espacio recorrido Este trabajo, queda acumulado en forma de energía cinética de traslación; luego T=fxe=E y poniéndolo en función de la masa del cuerpo y la velocidad nos quedaría definitivamente que la energía cinética sería Ec = ½ m x v2 La energía cinética de un cuerpo en rotación sobre un eje. Al aplicar una fuerza F, constante, a un cuerpo de masa m, el cual puede girar alrededor de un eje, la energía cinética que adquiere hasta alcanzar la velocidad v, valdrá Ec = ½ m x v2 como el movimiento es de rotación al ponerlo en función de la velocidad angular w, y del momento de inercia I, nos queda definitivamente que Ec = ½ I x w2 Energía potencial: Es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo en virtud de su posición o configuración. Un cuerpo sostenido a una cierta altura posee una energía potencial. Esta energía será igual al trabajo que se ha realizado para llevar el cuerpo hasta esa altura. Dicho trabajo vale T=Pxh donde P= Peso del cuerpo y h= altura. Como P= m x g ; T= m x g x h = Ep Si dejamos en libertad al cuerpo desde una altura h, la energía potencial que poseía tendrá el mismo valor que la cinética en el momento de llegar al suelo; Ec= Ep o bien 1/2 m x v2 = m x g x h Hay varios tipos de energía potencial: gravitacional, elástica, eléctrica, etc.
Energía eléctrica: Forma de energía basada en la generación de diferencias de potencial eléctrico entre dos puntos, que permiten establecer una corriente eléctrica entre ambos. Ejemplo: La energía suministrada por una pila.
Energía química: La que existe en estado potencial en los cuerpos y se transforma en la actual en las combinaciones químicas. Energía luminosa o radiante: La propagada por ondas electromagnéticas. Término como los de calor, luz, rayos ultravioletas, radioondas o rayos gamma, se refieren todas a fenómenos de la misma clase: formas variadas de la radiación electromagnéticas que se mueven en el vacío a 300000 Km./ s y que solo difieren en su longitud de onda, es decir, en su frecuencia de vibración. Ejemplo: La energía de la luz.
Energía atómica o nuclear: La que se encuentra almacenada en los núcleos atómicos y se libera por fisión de los núcleos pesados o por fusión de los núcleos ligeros. Ejemplo: La energía liberada en la fisión de los átomos de uranio.
Las sustancias puras están formadas por partículas (átomos o moléculas) iguales, tienen una composición fija, no pueden separase por medios físicos. Tienen propiedades específicas: densidad, la temperatura permanece constante en los cambios de estado temperatura de ebullición y fusión), solubilidad, conductividad térmica y eléctrica y numerosas propiedades más.
Por ejemplo el alcohol etílico (componente de las bebidas alcohólicas) tiene, entre otras, las siguientes propiedades específicas:
- densidad 0,79 g/ml
- punto de fusión –114ºC
- punto de ebullición 78,5ºC
Además, es incoloro, de olor característico y totalmente miscible con el agua. Otro ejemplo: Cuando calentamos y evaporamos agua pura no queda ningún residuo y el líquido obtenido al condensar el vapor agua sigue siendo agua pura.
Para distinguir una sustancia pura de otra nos basamos en sus propiedades.
Las sustancias puras a su vez se clasifican en sustancias simples y sustancias compuestas. En las sustancias simples encontramos a los elementos químicos, y en las sustancias compuestas encontramos a los compuestos químicos.
Las sustancias simples pueden ser moleculares o atómicas, y no se descomponen en otras sustancias distintas. Ejemplo: oxígeno, nitrógeno.
Los elementos son sustancias puras más simples. Están formados por el mismo tipo átomos, y no pueden descomponerse. Se representan mediante símbolos.
El Ozono ( O3) y el oxígeno molecular (O2) están formados por átomos de oxígeno. Ejemplo: el elemento oro estará formado solamente por átomos de oro.
Los compuestos están formados por moléculas y éstas están formadas por unión de átomos de distintos elementos. Todas las moléculas del mismo compuesto son iguales entre sí. Los compuestos químicos pueden separarse por medios químicos.
Ejemplo: el agua pura estará formado solamente por moléculas de agua El agua puede descomponerse en sus elementos Hidrógeno y Oxígeno por un medio químico (la electrólisis).
PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS
LIQUIDO COMPRIMIDO O LIQUIDO SUBENFRIADO
En una sustancia pura significa que está en estado líquido y que no está a punto de evaporarse sino que le falta una adición de calor o un cambio negativo en la presión para hacerlo.
Si hablamos de líquido subenfriado entendemos que la sustancia está como líquida a una temperatura menor que la temperatura de saturación ( T < Tsat) para una presión determinada.
Si hablamos de líquido comprimido entendemos que la sustancia está como líquida a una presión mayor que la presión de saturación (P > Psat) a una temperatura determinada.
LIQUIDO SATURADO
Es aquel que está a punto de evaporarse. Es importante notar que cuando una sustancia pura está como líquido saturado ésta se halla totalmente en ese estado, como líquido, nada de vapor ya que está a punto de comenzar a crearse a partir del agua líquida saturada.
VAPOR SATURADO O VAPOR SATURADO SECO
Es un vapor que está a punto de condensarse. En esta fase la sustancia está toda como vapor y es necesario retirar calor o aumentar la presión para provocar que se generen gotas de líquido.
VAPOR SOBRECALENTADO
Es vapor que está a una temperatura más alta que la temperatura de vapor saturado, por lo cual la sustancia sigue estando toda como vapor pero ya no estará a punto de condensarse o de formar pequeñas gotas de líquido.
Si hablamos de vapor sobrecalentado entendemos que la sustancia está como toda vapor a una temperatura mayor que la temperatura de saturación ( T > Tsat) para una presión determinada.
TEMPERATURA DE SATURACIÓN Y PRESIÓN DE SATURACIÓN
La forma más simple de entender estos conceptos es por medio de un ejemplo:
Siempre hemos sabido que el agua ebulle, o se comienza a evaporar, a 100ºC, pero lo hace a esa temperatura porque la presión a la que se encuentra es la presión atmosférica que es 1 atmósfera. Conclusión: la temperatura a la cual una sustancia pura comienza a cambiar de fase, bien sea comenzando a transformarse de agua a vapor (líquido saturado) o de vapor a líquido (vapor saturado), se llama temperatura de saturación, y esta temperatura de saturación siempre va a tener ligada una presión que se llamará presión de saturación.
Ahora, volviendo al ejemplo, si preguntan en una clase cual es la temperatura de saturación para el agua a una presión de 1 atm = 101.325 kPa, la respuesta correcta sería 100ºC. Y si preguntan sobre la presión de saturación para una temperatura de 100ºC la respuesta correcta sería 1 atmósfera.
En pocas palabras, presión de saturación es la temperatura de ebullición para una presión determinada y la presión de saturación es la presión de ebullición para una temperatura determinada.
VAPOR SATURADO + LIQUIDO SATURADO
Es un estado en donde dentro de un sistema tenemos líquido al mismo tiempo que tenemos vapor. Un ejemplo de esto es la preparación de una sopa en una olla a presión en donde al cabo de algunos minutos habrá agua y vapor dentro de ella a cierta presión única para ambas fases de la sustancia.
Cuando hablamos de líquido mas vapor se sobreentiende que existe la “CALIDAD”. La calidad es la cantidad de masa de vapor con respecto a la cantidad de masa total de la sustancia. Es decir, si está como toda vapor, calidad = 1, si está como todo líquido, calidad = 0, porque no hay nada de masa en fase vapor debido a que toda la masa está como líquido.
CALIDAD Como habíamos dicho, es la cantidad de masa de vapor presente con respecto a la cantidad de masa total dentro del volumen de control. Estas son ecuaciones para hallar la calidad de una sustancia pura.
Donde
vprom: volumen específico promedio.
vf: volumen específico del líquido.
vg: volumen específico del vapor.
CALOR LATENTE Calor necesario para que se de el cambio de fase. A esta temperatura, que se mantiene fija, el sistema pasa de tener solo agua a tener solo vapor pasando por infinitos estados de líquido + vapor. El calor latente es, digamos, la cantidad de calor que una llama de estufa tiene que transferir a una olla para que el agua dentro cambie totalmente de fase líquida a fase vapor.
Existe el calor latente de fusión, que es la cantidad de energía en forma de calor que se absorbe durante la fusión, que equivale a la energía liberada durante la congelación, y el calor latente de evaporación, que es la cantidad de energía absorbida durante la evaporación y equivale a la energía liberada durante la condensación.
PUNTO CRÍTICO Líquido + Vapor en equilibrio con sus valores de presión y temperatura máximos. Se da en la punta superior de la campana de líquido + vapor en un diagrama T-v (Temperara vs. Volumen específico).
Las sustancias puras son aquellas que están formadas por partículas iguales.
Tienen propiedades especificas bien definidas. Estas propiedades no varían, aun cuando dicha sustancia pura se encuentre formando parte de una mezcla.
Algunas de estas propiedades son:
El color El sabor
La densidad La temperatura de fusión
El olor La temperatura de ebullición
Por ejemplo, el agua líquida tiene una densidad de 1 g/cm3,y esta propiedad se mantiene constante, incluso si el agua forma pare de una disolución.
Son sustancias puras el agua, el alcohol, el nitrógeno, el oxígeno,...
Las mezclas estan formadas por dos o más sustancias puras. Están formadas por partículas diferentes.
Las mezclas no tienen propiedades especificas bien definidas. Las propiedades dependen de su composición, que puede ser variable según la proporción en la que intervengan los distintos ingredientes de la mezcla.
Por ejemplo, el agua del mar tiene una densidad y una temperatura de fusión y de ebullición que no son fijas, sino que depende de la cantidad de sales disueltas.
Hay dos clases de mezclas:
- Mezclas homogeneas o disoluciones: tienen un aspecto uniforme, son aquellas en las que no podemos distinguir visualmente sus componentes, como ocurre con el aire, el agua del mar, etc.
- Mezclas heterogeneas: son aquellas en las que sí se distinguen los componentes como ocurre con el granito o con algunos detergentes en polvo.
Fases de una sustancia
Las sustancias existen en diferentes fases, a temperatura y presión ambiente el cobre, hierro, plástico, oro es sólido, el aire, el nitrógeno es gaseoso, el agua, el mercurio es líquido.
Una sustancia puede tener varias fases con estructuras moleculares diferentes, por ejemplo el carbono puede existir como grafito o diamante en fase sólida. El hielo puede existir con siete fases sólidas diferentes.
Una fase se identifica como un arreglo molecular distinto, homogéneo en su totalidad y separado de las demás fases por medio de superficies identificables. Por ejemplo el agua y el hielo, estas son fácilmente identificables.
A nivel molecular, los enlaces moleculares del estado sólido son más fuertes que el estado líquido y este que el estado gaseoso.
En las moléculas del sólido existen pequeñas distancias intermoleculares, las fuerzas de atracción entre las moléculas son grandes y las mantienen fijas dentro del sólido.
En las moléculas del líquido es similar al estado sólido únicamente que las moléculas ya no mantienen posiciones fijas entre si y pueden rotar y trasladarse libremente. En un líquido las fuerzas intermoleculares son más débiles con relación a un sólido, pero son fuertes en comparación con los gases.
En la fase gaseosa las moléculas están bastante apartadas unas de otras y no hay un orden molecular. Las moléculas del gas se mueven al azar, en continuo choque entre si y con las paredes del recipiente que las contienen. Las fuerzas moleculares son muy pequeñas, en particular en bajas densidades, y las colisiones son la única interacción entre las moléculas. Las moléculas en estado gaseoso tienen un nivel de energía bastante mayor que en la fase líquida o sólida, o sea que el gas debe liberar una gran cantidad de energía antes de que pueda congelarse o condensarse.
Una sustancia pura puede existir en diferentes fases dependiendo del proceso, por ejemplo en la caldera existe agua líquida y vapor; un refrigerante en un condensador evaporativo existe inicialmente como vapor, luego como líquido.
Líquido sub-enfriado y líquido saturado
El agua adentro de un cilindro-pistón a 20ºC y 1 atm. Existe como líquido sub-enfriado o líquido comprimido, lo que significa que no está a punto de avaporarse. Al transferir calor a este VC (volumen de control) el agua aumenta por ejemplo a 20ºC por lo cual el agua líquida tendrá cierta expansión aumentando su volumen específico y el embolo se moverá ligeramente hacia arriba. Durante este proceso la presión del cilindro permanece constante en 1 atm. En este caso el agua sigue siendo líquido comprimido, pues no ha empezado a evaporarse.
Conforme se transfiere más calor, la temperatura aumentará hasta 100ºC. En este punto el agua sigue siendo un líquido, pero cualquier aumento de calor (no temperatura) causará algo de evaporación en el líquido. Este líquido que está a punto de evaporarse se le llama líquido saturado.
Vapor saturado y vapor sobrecalentado
En el VC anterior, al iniciarse la ebullición, la temperatura se detendrá hasta que el líquido se evapora completamente; media vez la presión se mantenga constante. Si en este punto se pierde calor al exterior, se inicia una leve condensación del vapor. Un vapor a punto de condensarse se le llama vapor saturado. Media vez el proceso de evaporación se alcanza completamente existe una sola fase de vapor y al llegar a este punto, una adición de calor ocasionará un aumento de temperatura y del volumen específico. Si la temperatura la llevamos hasta 332 ºC y si transferimos calor a los alrededores o se pierde calor, la temperatura descenderá pero no necesariamente ocurrirá condensación; únicamente hasta que la temperatura baje a 100ºC a 1 atm. De presión. Un vapor que no está a punto de condensarse se denomina vapor sobrecalentado. El proceso de cambio de fase a presión constante se representa en el siguiente diagrama T-v.
La primera unidad trata los conceptos básicos de la Termodinámica: Termodinámica: La termodinámica (del griego θερμo-, termo, que significa "calor" 1 y δύναμις, dinámico, que significa "fuerza" 2 ) es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico. Energía: El término energía (del griego ἐνέργεια/energeia, actividad, operación; ἐνεργóς/energos=fuerza de acción o fuerza trabajando) tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento.se define como la capacidad para realizar un trabajo. Estado y Equilibrio: En termodinámica, el estado termodinámico de un sistema se refiere a una situación descriptiva del sistema, caracterizada por una combinación de propiedades físicas, por ejempló: temperatura, presión, volumen (que especifica completamente las otras propiedades macroscópicas del sistema). Equilibrio termodinámico: situación que se da en un sistema físico (es decir, un sistema al que podemos atribuir una energía interna) cuando todos factores exteriores y/o procesos internos no producen cambios de presión, temperatura u otras variables macroscópicas. Ley cero de la termodinámica: A este principio se le llama del equilibrio termodinámico. Si dos sistemas A y B están en equilibrio termodinámico, y B está en equilibrio termodinámico con un tercer sistema C, entonces A y C están a su vez en equilibrio termodinámico. Este principio es fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibe la posición 0. Sistema: Se puede definir un sistema como un conjunto de materia, que está limitado por una superficie, que le pone el observador, real o imaginaria. O bien es una cantidad fija de materia contenida dentro de un recipiente. Propiedades de un sistema: - Propiedad Intensiva: Es aquella que no depende de la masa del sistema (Temperatura, densidad, presión, velocidad) - Propiedad Extensiva: Es aquella que depende de la masa del sistema ( masa, volumen, cantidad de movimiento y energía cinética). Tipos de sistemas: - Sistema Abierto: Un sistema del que sale y/o entra materia. - Sistema cerrado: Cuando en el sistema no entra ni sale materia. - Sistema Aislado: Cuando no hay intercambio de materia y energía, dependiendo del caso. Procesos: Se denomina proceso termodinámico a la evolución de determinadas magnitudes (o propiedades) relativas a un determinado sistema físico. Pueden ser interpretados como el resultado de la interacción de un sistema con otro tras ser eliminada alguna ligadura entre ellos, de forma que finalmente los sistemas se encuentren en equilibrio entre sí. Ciclos: Se denomina ciclo termodinámico a cualquier serie de procesos termodinámicos tales que, al transcurso de todos ellos, el sistema regrese a su estado inicial; es decir, que la variación de las magnitudes termodinámicas propias del sistema sea nula. Formas de energía: - La energía química: es la energía almacenada dentro de los productos químicos. - La energía térmica: es el efecto de las moléculas en movimiento. - La energía sonora: Es la energía transportada por ondas sonoras. - La energía cinética: es la energía que tiene un cuerpo en movimiento. - La energía potencial: se la denomina energía almacenada.
LUIS MIGUEL ALTAMIRANO BECERRA
ResponderEliminaren esta unidad nos dava los conceptos como
TERMODINAMICA,Es una ciencia en que se estudian el almacenamiento, trasformación y trasferencia de energía. Dentro de la termodinámica, deducimos ecuaciones que relacionan las trasformaciones y trasferencias de energía con propiedades como son temperatura, presión y densidad. El objeto del ingeniero al estudiar termodinámica es casi siempre el análisis o el diseño de un sistema a gran escala.
laENERGIA: la energía se almacena, trasforma y trasfiere.no se destruye.hay varios tipos de enegias k son :
Energía interna: asociada con la temperatura
Energía cinética: debida al movimiento
Energía potencial: debida a elevación
Energía química: debida a composición química
1. ESTADO Y EQUILIBRIO
ESTADO: es su condición cuando se describe el sistema dando valores a sus propiedades en un instante en particular.
EQUILIBRIO TERMODINAMICO: Cuando las propiedades son constantes de punto a punto y no hay tendencia para cambio con el tiempo. Si un sistema ha de experimentar un gran cambio en sus propiedades cuando se somete a una pequeña perturbación, se dice que está en equilibrio metaestable.
FASE: Materia que tiene la misma composición química.
SUPERFICIE DE CONTROL: Superficie que rodea al volumen de control.
VOLUMEN DE CONTROL: Volumen hacia o desde el cual fluye una sustancia.
La Ley cero de la termodinámica nos dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarán la misma temperatura, es decir, tendrán ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, también alcanzará la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en contacto.
2. PROPIEDADES DE UN SISTEMA
SISTEMA SIMPLE: El estado esta fijo cuando dos propiedades cualesquiera son fijas. Recibe la mayor de las atenciones en termodinámica de ingenieros.
PROPIEDAD: Es cualquier cantidad que sirva para describir un sistema.
PROPIEDADES INTENSIVAS: Es aquella que no depende de la masa del sistema, por ejemplo, temperatura, presión, densidad y velocidad. Estas propiedades no se unen.
PROPIEDADES EXTENSIVAS: Es aquella que depende de la masa del sistema, por ejemplo, masa, volumen, cantidad de movimiento y energía cinética. Estas propiedades se suman.
PROPIEDADES ESPECIFICAS: Divide una propiedad extensiva entre la masa.
3. PROCESOS, CICLOS Y SISTEMAS CERRADOS Y ABIERTOS
PROCESO: Es cuando un sistema cambia de un estado de equilibrio a otro, en el curso de estados sucesivos por los que se pasa.
Si un proceso en particular puede ser considerado casi en equilibrio o no en equilibrio, depende de la forma en que el proceso se lleva a cabo. Para casi equilibrio solo se requiere que las propiedades del sistema sean uniformes en cualquier instante durante un proceso.
P. ISOTERMICO: La temperatura se conserva constante.
P. ISOBARICO: La presión se conserva constante.
P. ISOMETRICO: El volumen se conserva constante.
CICLO: Cuando un sistema en un estado inicial determinado experimenta una serie de procesos y regresa a su estado inicial.
SISTEMA AISLADO: No transfiere masa ni energía.
SISTEMA CERRADO: Solo se transfiere energía.
SISTEMA ABIERTO: Transfiere energía y masa.
4. FORMAS DE ENERGIA
Un sistema puede poseer varias formas diferentes de energía.
Energía cinética: cuando se suponen propiedades uniformes en todo el sistema. ENERGIA POTENCIAL: Es la energía de un sistema posee debido a su elevación h sobre alguna línea de referencia seleccionada .
ENERGIA INTERNA: Esta asociada con las moléculas con el movimiento que está influenciada por varias propiedades macroscópicas como la presión, temperatura y volumen especifico.
La ley de la conservación de la energía expresa que la energía de un sistema aislado permanece constante. No se puede crear ni destruir energía en un sistema aislado; solo se puede trasformar de una forma u otra.
DAISY:
ResponderEliminar1.-La termodinámica (del griego θερμo-, termo, que significa "calor" 1 y δύναμις, dinámico, que significa "fuerza" 2 ) es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico. Aproximadamente, calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.
Estado de un sistema
Un sistema que puede describirse en función de coordenadas termodinámicas se llama sistema termodinámico y la situación en la que se encuentra definido por dichas coordenadas se llama estado del sistema.
El equilibrio térmico se presenta cuando dos cuerpos con temperaturas diferentes se ponen en contacto, y el que tiene mayor temperatura cede calor al que tiene más baja, hasta que ambos alcanzan la misma temperatura.
Ley Cero
Si dos sistemas A y B están en equilibrio termodinámico, y B está en equilibrio termodinámico con un tercer sistema C, entonces A y C están a su vez en equilibrio termodinámico. Este principio es fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibe la posición 0.
Sistema
Se puede definir un sistema como un conjunto de materia, que está limitado por una superficie, que le pone el observador, real o imaginaria. Si en el sistema no entra ni sale materia, se dice que se trata de un sistema cerrado, o sistema aislado si no hay intercambio de materia y energía, dependiendo del caso. En la naturaleza, encontrar un sistema estrictamente aislado es, por lo que sabemos, imposible, pero podemos hacer aproximaciones. Un sistema del que sale y/o entra materia, recibe el nombre de abierto.
2.-SUSTANCIAS PURAS
Se considera una sustancia pura aquella que mantiene la misma composición química en todos los estados.
MEZCLA DE GASES IDEALES. LEY DE DALTON.
"La presión total de una mezcla de gases ideales, en equilibrio térmico, es igual a la suma de las presiones parciales que ejerce cada gas, suponiendo que cada uno de ellos ocupase todo el volumen de la mezcla."
p•V = (nA+nB+....+nn) R•T
Gases Perfectos
La variación con la altura de la Presión atmosférica o de la densidad atmosférica es lo que se conoce como Ley barométrica. No es lo mismo la variación de la presión con la altura en un líquido como el océano que en un gas como la atmósfera y la razón estriba en que un líquido no es compresible y por tanto su densidad permanece constante.
GAS REAL
Los gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presión se comportan como gases ideales; pero si la temperatura es muy baja o la presión muy alta, las propiedades de los gases reales se desvían en forma considerable de las de los gases ideales
La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética).
3.- PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
También conocido como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.
3.- PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
También conocido como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.
5.-ENTROPIA
En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La palabra entropía procede del griego (ἐντροπία) y significa evolución o transformación.
La termodinámica (del griego θερμo-, termo, que significa "calor" 1 y δύναμις, dinámico, que significa "fuerza" 2 ) es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico. Aproximadamente, calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.
ResponderEliminarEstado de un sistema
Un sistema que puede describirse en función de coordenadas termodinámicas se llama sistema termodinámico y la situación en la que se encuentra definido por dichas coordenadas se llama estado del sistema.
Sistema y ambiente
En el estudio de la Termodinámica la atención está dirigida al interior de un sistema, aunque se adopte un punto de vista macroscópico, sólo se consideran aquellas magnitudes de este tipo que tienen relación con el estado interno del sistema. Para poder entender las magnitudes involucradas en este tema, se hace necesario definir los conceptos de sistema y estado de un sistema.
Una sustancia pura puede estar conformada por mas de un elemento químico ya que lo importante es la homogeneidad de la sustancia. El aire se considera como una sustancia pura mientras se mantenga en su estado gaseoso, ya que el aire está conformado por diversos elementos que tienen diferentes temperaturas de condensación a una presión específica por lo cual al estar en estado líquido cambia la composición respecto a la del aire gaseoso.
Ejemplos de sustancias puras son: el agua, el nitrógeno, el helio y el dióxido de carbono.
GAS REAL
Los gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presión se comportan como gases ideales;
La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética).
Todos los cuerpos, pueden poseer energía debido a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa y a algunas otras propiedades.
La energía potencial y la energía cinética son dos elementos a considerar, tanto en la mecánica como en la termodinámica. Estas formas de energía se originan por la posición y el movimiento de un sistema en conjunto, y se conocen como la energía externa del sistema.
La Segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía tal que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.
En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo
** Miguel Angel Limon Meza **
ResponderEliminarbueno esta unidad nos dice que la TERMODINAMICA es la ciencia que se encarga estudiar el almacenamiento, transformacion y transferencia de energia. tambien nos dice que es el campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de la materia de los sistemas macroscópicos, así como sus intercambios energéticos. Los principios de la termodinámica tienen una importancia fundamental para todas las ramas de la ciencia y la ingeniería.
Un concepto esencial de la termodinámica es el de sistema macroscópico, que se define como un conjunto de materia que se puede aislar espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable. El estado de un sistema macroscópico se puede describir mediante propiedades medibles como la temperatura, la presión o el volumen, que se conocen como variables de estado. Es posible identificar y relacionar entre sí muchas otras variables termodinámicas (como la densidad, el calor específico, la compresibilidad o el coeficiente de dilatación), con lo que se obtiene una descripción más completa de un sistema y de su relación con el entorno.
ESTADO Y EQUILIBRIO:
Cuando se han especificado las variables necesarias para describir al sistema se dice que se ha particularizado el estado del sistema. Un sistema se encuentra en estado definido cuando todas sus propiedades poseen valores específicos. Si a su vez estos valores no cambian con el tiempo, el sistema se dice que está en equilibrio termodinámico, para el cual no existe un flujo de masa o energía. El equilibrio termodinámico se establece una vez que el sistema alcanza otro tipo de equilibrios.
LEY CERO DE LA TERMODINAMICA:
nos dice que si un cuerpo A está en equilibrio térmico con un cuerpo C y un cuerpo B también está en equilibrio térmico con el cuerpo C, entonces los cuerpos A y B están en equilibrio térmico o bien cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero se encuentran en equilibrio térmico entre sí.
PROPIEDADES DE UN SISTEMAS:
nos dice que se clasifican en:
-Propiedades Extensivas: Son aquellas propiedades que dependen de la masa total del sistema. Por ejemplo, la masa es una propiedad extensiva, como también lo es la cantidad total de energía cinética que tiene, o el momento de inercia. etc.
-Propiedades Intensivas: Son aquellas que varían de punto a punto del sistema o bien no dependen de la masa total. Por ejemplo, la temperatura es una propiedad intensiva. También podría serlo el voltaje.
Algunas de estas propiedades son variables y otras no lo son.
PROCESOS,CICLOS, SISTEMAS CERRADOS Y ABIERTOS:
proceso termodinámico es la evolución de determinadas magnitudes (o propiedades) propiamente termodinámicas relativas a un determinado sistema físico. Desde el punto de vista de la termodinámica, estas transformaciones deben transcurrir desde un estado de equilibrio inicial a otro final; es decir, que las magnitudes que sufren una variación al pasar de un estado a otro deben estar perfectamente definidas en dichos estados inicial y final. De esta forma los procesos termodinámicos pueden ser interpretados como el resultado de la interacción de un sistema con otro tras ser eliminada alguna ligadura entre ellos, de forma que finalmente los sistemas se encuentren en equilibrio (mecánico, térmico y/o material) entre si.
CICLO: es cualquier serie de procesos termodinámicos tales que, al transcurso de todos ellos, el sistema regrese a su estado inicial; es decir, que la variación de las magnitudes termodinámicas propias del sistema sea nula.
SISTEMA ABIERTO:
un sistema del que sale y/o entra materia.
SISTEMA CERRADO:
cuando en el sistema no entra ni sale materia.
SISTEMA AISLADO:
es cuando no hay intercambio de materia y energia, dependiendo el caso.
FORMAS DE ENERGIA:
-LA ENRGIA TERMICA
Toda sustancia se compone de moléculas ,estas moléculas están en constante.Cuanto mas caliente esta algo, mas rápido se mueven las moléculas . Entonces, la energía térmica es en realidad el efecto de las moléculas en movimiento.
-LA ENERGIA MECANICA
Hay dos tipos de energía: la energía cinética y la energía potencial.
La energía cinética es la energía que tiene un cuerpo en movimiento.
Cuanto mas rápido se mueven, más energía cinética posen.
La cantidad de energía cinética que tiene un cuerpo, depende de la masa que esta en movimiento (m)y de la velocidad a la que se desplaza esa masa(v).
1 2
Ec= ---- mv
2
La energía potencial se la denomina energía almacenada. Cualquier objeto que pueda caerse tiene energía potencial gravitatoria . Por ejemplo el agua que esta detrás de una presa tiene energía potencial a causa de su posición .El agua puede caer desde esta posición y ejercer una fuerza desde una distancia y, por tanto, hacer trabajo, en este caso: accionar una turbina para generar electricidad.
La formula para medir la energía potencial gravitatoria es:Ep= m · g · h.
francisco limon meza
ResponderEliminar-TERMODINÁMICA
La termodinámica es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico. Aproximadamente, calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento.
-ESTADO DE EQUILIBRIO TERMODINÁMICA
En termodinámica, se dice que un sistema se encuentra en estado de equilibrio termodinámico, si es incapaz de experimentar espontáneamente algún cambio de estado cuando está sometido a unas determinadas condiciones de contorno, (las condiciones que le imponen sus alrededores). Para ello ha de encontrarse simultáneamente en equilibrio mecánico y equilibrio químico.
-LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA
La Ley cero de la termodinámica nos dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarán la misma temperatura, es decir, tendrán ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, también alcanzará la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en contacto.
-PROPIEDADES DE SISTEMAS:
Los sistemas se caracterizan por tener una serie de propiedades. Estas se clasifican en:
Propiedades Extensivas: Son aquellas propiedades que dependen de la masa total del sistema. Por ejemplo, la masa es una propiedad extensiva, como también lo es la cantidad total de energía cinética que tiene, o el momento de inercia. etc.
Propiedades Intensivas: Son aquellas que varían de punto a punto del sistema o bien no dependen de la masa total. Por ejemplo, la temperatura es una propiedad intensiva. También podría serlo el voltaje.
Algunas de estas propiedades son variables y otras no lo son.
-PROCESO
Termodinámico a la evolución de determinadas magnitudes (o propiedades) propiamente termodinámicas relativas a un determinado sistema físico.
-SISTEMA CERRADO
Un sistema cerrado o sistema aislado es un sistema físico (o químico) que no interacciona con otros agentes físicos situados fuera de él y por tanto no está conectado "causalmente" ni correlacionalmente con nada externo a él.
-SISTEMAS ABIERTOS
Un sistema abierto es aquel que tiene entrada y/o salida de masa, así como interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, también puede realizar trabajo de frontera.
La ecuación general para un sistema abierto es:
O igualmente:
Q − W + ∑ minθin − ∑ moutθout = ΔEsistema
in out
Donde in representa todas las entradas de masa al sistema; out representa todas las salidas de masa desde el sistema; y θ es la energía por unidad de masa del flujo y comprende entalpía, energía potencial y energía cinética, .
La energía del sistema es
-FORMAS DE ENERGIA
Energía mecánica:
Energía cinética:
Es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo en virtud de la velocidad que posea. Se representa normalmente por las letras K (que proviene del término inglés Kinetic), T o mediante la expresión Ec.
Esta energía es propia, por consiguiente, de los cuerpos en traslación y en rotación, pudiéndose considerar dos clases de energía cinética:
Energía cinética de un cuerpo en traslación.
Energía cinética de un cuerpo en rotación.
La energía cinética de un cuerpo en traslación. Cuando a un cuerpo en reposo se le aplica una fuerza constante en la dirección de la traslación, el trabajo efectuado por ella para recorrer un determinado espacio será:
T=f x e siendo: T= Trabajo; f=fuerza constante; e= espacio recorrido
Este trabajo, queda acumulado en forma de energía cinética de traslación; luego T=fxe=E y poniéndolo en función de la masa del cuerpo y la velocidad nos quedaría definitivamente que la energía cinética sería Ec = ½ m x v2
La energía cinética de un cuerpo en rotación sobre un eje. Al aplicar una fuerza F, constante, a un cuerpo de masa m, el cual puede girar alrededor de un eje, la energía cinética que adquiere hasta alcanzar la velocidad v, valdrá Ec = ½ m x v2 como el movimiento es de rotación al ponerlo en función de la velocidad angular w, y del momento de inercia I, nos queda definitivamente que Ec = ½ I x w2
Energía potencial:
Es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo en virtud de su posición o configuración.
Un cuerpo sostenido a una cierta altura posee una energía potencial. Esta energía será igual al trabajo que se ha realizado para llevar el cuerpo hasta esa altura. Dicho trabajo vale T=Pxh donde P= Peso del cuerpo y h= altura.
Como P= m x g ; T= m x g x h = Ep
Si dejamos en libertad al cuerpo desde una altura h, la energía potencial que poseía tendrá el mismo valor que la cinética en el momento de llegar al suelo; Ec= Ep o bien 1/2 m x v2 = m x g x h
Hay varios tipos de energía potencial: gravitacional, elástica, eléctrica, etc.
Energía eléctrica:
Forma de energía basada en la generación de diferencias de potencial eléctrico entre dos puntos, que permiten establecer una corriente eléctrica entre ambos.
Ejemplo: La energía suministrada por una pila.
Energía química:
La que existe en estado potencial en los cuerpos y se transforma en la actual en las combinaciones químicas.
Energía luminosa o radiante:
La propagada por ondas electromagnéticas. Término como los de calor, luz, rayos ultravioletas, radioondas o rayos gamma, se refieren todas a fenómenos de la misma clase: formas variadas de la radiación electromagnéticas que se mueven en el vacío a 300000 Km./ s y que solo difieren en su longitud de onda, es decir, en su frecuencia de vibración.
Ejemplo: La energía de la luz.
Energía atómica o nuclear:
La que se encuentra almacenada en los núcleos atómicos y se libera por fisión de los núcleos pesados o por fusión de los núcleos ligeros.
Ejemplo: La energía liberada en la fisión de los átomos de uranio.
DAISY RAMIREZ*****
ResponderEliminar.1.1 Sustancias puras: elementos y mezclas
Las sustancias puras están formadas por partículas (átomos o moléculas) iguales, tienen una composición fija, no pueden separase por medios físicos. Tienen propiedades específicas: densidad, la temperatura permanece constante en los cambios de estado temperatura de ebullición y fusión), solubilidad, conductividad térmica y eléctrica y numerosas propiedades más.
Por ejemplo el alcohol etílico (componente de las bebidas alcohólicas) tiene, entre otras, las siguientes propiedades específicas:
- densidad 0,79 g/ml
- punto de fusión –114ºC
- punto de ebullición 78,5ºC
Además, es incoloro, de olor característico y totalmente miscible con el agua. Otro ejemplo: Cuando calentamos y evaporamos agua pura no queda ningún residuo y el líquido obtenido al condensar el vapor agua sigue siendo agua pura.
Para distinguir una sustancia pura de otra nos basamos en sus propiedades.
Las sustancias puras a su vez se clasifican en sustancias simples y sustancias compuestas. En las sustancias simples encontramos a los elementos químicos, y en las sustancias compuestas encontramos a los compuestos químicos.
Las sustancias simples pueden ser moleculares o atómicas, y no se descomponen en otras sustancias distintas. Ejemplo: oxígeno, nitrógeno.
Los elementos son sustancias puras más simples. Están formados por el mismo tipo átomos, y no pueden descomponerse. Se representan mediante símbolos.
El Ozono ( O3) y el oxígeno molecular (O2) están formados por átomos de oxígeno. Ejemplo: el elemento oro estará formado solamente por átomos de oro.
Los compuestos están formados por moléculas y éstas están formadas por unión de átomos de distintos elementos. Todas las moléculas del mismo compuesto son iguales entre sí. Los compuestos químicos pueden separarse por medios químicos.
Ejemplo: el agua pura estará formado solamente por moléculas de agua El agua puede descomponerse en sus elementos Hidrógeno y Oxígeno por un medio químico (la electrólisis).
PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS
LIQUIDO COMPRIMIDO O LIQUIDO SUBENFRIADO
En una sustancia pura significa que está en estado líquido y que no está a punto de evaporarse sino que le falta una adición de calor o un cambio negativo en la presión para hacerlo.
Si hablamos de líquido subenfriado entendemos que la sustancia está como líquida a una temperatura menor que la temperatura de saturación ( T < Tsat) para una presión determinada.
Si hablamos de líquido comprimido entendemos que la sustancia está como líquida a una presión mayor que la presión de saturación (P > Psat) a una temperatura determinada.
LIQUIDO SATURADO
Es aquel que está a punto de evaporarse. Es importante notar que cuando una sustancia pura está como líquido saturado ésta se halla totalmente en ese estado, como líquido, nada de vapor ya que está a punto de comenzar a crearse a partir del agua líquida saturada.
VAPOR SATURADO O VAPOR SATURADO SECO
Es un vapor que está a punto de condensarse. En esta fase la sustancia está toda como vapor y es necesario retirar calor o aumentar la presión para provocar que se generen gotas de líquido.
VAPOR SOBRECALENTADO
Es vapor que está a una temperatura más alta que la temperatura de vapor saturado, por lo cual la sustancia sigue estando toda como vapor pero ya no estará a punto de condensarse o de formar pequeñas gotas de líquido.
Si hablamos de vapor sobrecalentado entendemos que la sustancia está como toda vapor a una temperatura mayor que la temperatura de saturación ( T > Tsat) para una presión determinada.
TEMPERATURA DE SATURACIÓN Y PRESIÓN DE SATURACIÓN
La forma más simple de entender estos conceptos es por medio de un ejemplo:
Siempre hemos sabido que el agua ebulle, o se comienza a evaporar, a 100ºC, pero lo hace a esa temperatura porque la presión a la que se encuentra es la presión atmosférica que es 1 atmósfera. Conclusión: la temperatura a la cual una sustancia pura comienza a cambiar de fase, bien sea comenzando a transformarse de agua a vapor (líquido saturado) o de vapor a líquido (vapor saturado), se llama temperatura de saturación, y esta temperatura de saturación siempre va a tener ligada una presión que se llamará presión de saturación.
Ahora, volviendo al ejemplo, si preguntan en una clase cual es la temperatura de saturación para el agua a una presión de 1 atm = 101.325 kPa, la respuesta correcta sería 100ºC. Y si preguntan sobre la presión de saturación para una temperatura de 100ºC la respuesta correcta sería 1 atmósfera.
En pocas palabras, presión de saturación es la temperatura de ebullición para una presión determinada y la presión de saturación es la presión de ebullición para una temperatura determinada.
VAPOR SATURADO + LIQUIDO SATURADO
Es un estado en donde dentro de un sistema tenemos líquido al mismo tiempo que tenemos vapor. Un ejemplo de esto es la preparación de una sopa en una olla a presión en donde al cabo de algunos minutos habrá agua y vapor dentro de ella a cierta presión única para ambas fases de la sustancia.
Cuando hablamos de líquido mas vapor se sobreentiende que existe la “CALIDAD”. La calidad es la cantidad de masa de vapor con respecto a la cantidad de masa total de la sustancia. Es decir, si está como toda vapor, calidad = 1, si está como todo líquido, calidad = 0, porque no hay nada de masa en fase vapor debido a que toda la masa está como líquido.
CALIDAD
Como habíamos dicho, es la cantidad de masa de vapor presente con respecto a la cantidad de masa total dentro del volumen de control. Estas son ecuaciones para hallar la calidad de una sustancia pura.
Donde
vprom: volumen específico promedio.
vf: volumen específico del líquido.
vg: volumen específico del vapor.
CALOR LATENTE
Calor necesario para que se de el cambio de fase. A esta temperatura, que se mantiene fija, el sistema pasa de tener solo agua a tener solo vapor pasando por infinitos estados de líquido + vapor. El calor latente es, digamos, la cantidad de calor que una llama de estufa tiene que transferir a una olla para que el agua dentro cambie totalmente de fase líquida a fase vapor.
Existe el calor latente de fusión, que es la cantidad de energía en forma de calor que se absorbe durante la fusión, que equivale a la energía liberada durante la congelación, y el calor latente de evaporación, que es la cantidad de energía absorbida durante la evaporación y equivale a la energía liberada durante la condensación.
PUNTO CRÍTICO
Líquido + Vapor en equilibrio con sus valores de presión y temperatura máximos. Se da en la punta superior de la campana de líquido + vapor en un diagrama T-v (Temperara vs. Volumen específico).
berenice godoy!!!!!
ResponderEliminarLas sustancias puras son aquellas que están formadas por partículas iguales.
Tienen propiedades especificas bien definidas. Estas propiedades no varían, aun cuando dicha sustancia pura se encuentre formando parte de una mezcla.
Algunas de estas propiedades son:
El color
El sabor
La densidad
La temperatura de fusión
El olor
La temperatura de ebullición
Por ejemplo, el agua líquida tiene una densidad de 1 g/cm3,y esta propiedad se mantiene constante, incluso si el agua forma pare de una disolución.
Son sustancias puras el agua, el alcohol, el nitrógeno, el oxígeno,...
Las mezclas estan formadas por dos o más sustancias puras. Están formadas por partículas diferentes.
Las mezclas no tienen propiedades especificas bien definidas. Las propiedades dependen de su composición, que puede ser variable según la proporción en la que intervengan los distintos ingredientes de la mezcla.
Por ejemplo, el agua del mar tiene una densidad y una temperatura de fusión y de ebullición que no son fijas, sino que depende de la cantidad de sales disueltas.
Hay dos clases de mezclas:
- Mezclas homogeneas o disoluciones: tienen un aspecto uniforme, son aquellas en las que no podemos distinguir visualmente sus componentes, como ocurre con el aire, el agua del mar, etc.
- Mezclas heterogeneas: son aquellas en las que sí se distinguen los componentes como ocurre con el granito o con algunos detergentes en polvo.
Fases de una sustancia
Las sustancias existen en diferentes fases, a temperatura y presión ambiente el cobre, hierro, plástico, oro es sólido, el aire, el nitrógeno es gaseoso, el agua, el mercurio es líquido.
Una sustancia puede tener varias fases con estructuras moleculares diferentes, por ejemplo el carbono puede existir como grafito o diamante en fase sólida. El hielo puede existir con siete fases sólidas diferentes.
Una fase se identifica como un arreglo molecular distinto, homogéneo en su totalidad y separado de las demás fases por medio de superficies identificables. Por ejemplo el agua y el hielo, estas son fácilmente identificables.
A nivel molecular, los enlaces moleculares del estado sólido son más fuertes que el estado líquido y este que el estado gaseoso.
En las moléculas del sólido existen pequeñas distancias intermoleculares, las fuerzas de atracción entre las moléculas son grandes y las mantienen fijas dentro del sólido.
En las moléculas del líquido es similar al estado sólido únicamente que las moléculas ya no mantienen posiciones fijas entre si y pueden rotar y trasladarse libremente. En un líquido las fuerzas intermoleculares son más débiles con relación a un sólido, pero son fuertes en comparación con los gases.
En la fase gaseosa las moléculas están bastante apartadas unas de otras y no hay un orden molecular. Las moléculas del gas se mueven al azar, en continuo choque entre si y con las paredes del recipiente que las contienen. Las fuerzas moleculares son muy pequeñas, en particular en bajas densidades, y las colisiones son la única interacción entre las moléculas. Las moléculas en estado gaseoso tienen un nivel de energía bastante mayor que en la fase líquida o sólida, o sea que el gas debe liberar una gran cantidad de energía antes de que pueda congelarse o condensarse.
Una sustancia pura puede existir en diferentes fases dependiendo del proceso, por ejemplo en la caldera existe agua líquida y vapor; un refrigerante en un condensador evaporativo existe inicialmente como vapor, luego como líquido.
Líquido sub-enfriado y líquido saturado
El agua adentro de un cilindro-pistón a 20ºC y 1 atm. Existe como líquido sub-enfriado o líquido comprimido, lo que significa que no está a punto de avaporarse. Al transferir calor a este VC (volumen de control) el agua aumenta por ejemplo a 20ºC por lo cual el agua líquida tendrá cierta expansión aumentando su volumen específico y el embolo se moverá ligeramente hacia arriba. Durante este proceso la presión del cilindro permanece constante en 1 atm. En este caso el agua sigue siendo líquido comprimido, pues no ha empezado a evaporarse.
Conforme se transfiere más calor, la temperatura aumentará hasta 100ºC. En este punto el agua sigue siendo un líquido, pero cualquier aumento de calor (no temperatura) causará algo de evaporación en el líquido. Este líquido que está a punto de evaporarse se le llama líquido saturado.
Vapor saturado y vapor sobrecalentado
En el VC anterior, al iniciarse la ebullición, la temperatura se detendrá hasta que el líquido se evapora completamente; media vez la presión se mantenga constante. Si en este punto se pierde calor al exterior, se inicia una leve condensación del vapor. Un vapor a punto de condensarse se le llama vapor saturado. Media vez el proceso de evaporación se alcanza completamente existe una sola fase de vapor y al llegar a este punto, una adición de calor ocasionará un aumento de temperatura y del volumen específico. Si la temperatura la llevamos hasta 332 ºC y si transferimos calor a los alrededores o se pierde calor, la temperatura descenderá pero no necesariamente ocurrirá condensación; únicamente hasta que la temperatura baje a 100ºC a 1 atm. De presión. Un vapor que no está a punto de condensarse se denomina vapor sobrecalentado. El proceso de cambio de fase a presión constante se representa en el siguiente diagrama T-v.
Armando Flores G
ResponderEliminarLa primera unidad trata los conceptos básicos de la Termodinámica:
Termodinámica: La termodinámica (del griego θερμo-, termo, que significa "calor" 1 y δύναμις, dinámico, que significa "fuerza" 2 ) es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico.
Energía: El término energía (del griego ἐνέργεια/energeia, actividad, operación; ἐνεργóς/energos=fuerza de acción o fuerza trabajando) tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento.se define como la capacidad para realizar un trabajo.
Estado y Equilibrio: En termodinámica, el estado termodinámico de un sistema se refiere a una situación descriptiva del sistema, caracterizada por una combinación de propiedades físicas, por ejempló: temperatura, presión, volumen (que especifica completamente las otras propiedades macroscópicas del sistema).
Equilibrio termodinámico: situación que se da en un sistema físico (es decir, un sistema al que podemos atribuir una energía interna) cuando todos factores exteriores y/o procesos internos no producen cambios de presión, temperatura u otras variables macroscópicas.
Ley cero de la termodinámica: A este principio se le llama del equilibrio termodinámico. Si dos sistemas A y B están en equilibrio termodinámico, y B está en equilibrio termodinámico con un tercer sistema C, entonces A y C están a su vez en equilibrio termodinámico. Este principio es fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibe la posición 0.
Sistema: Se puede definir un sistema como un conjunto de materia, que está limitado por una superficie, que le pone el observador, real o imaginaria. O bien es una cantidad fija de materia contenida dentro de un recipiente.
Propiedades de un sistema:
- Propiedad Intensiva: Es aquella que no depende de la masa del sistema (Temperatura, densidad, presión, velocidad)
- Propiedad Extensiva: Es aquella que depende de la masa del sistema ( masa, volumen, cantidad de movimiento y energía cinética).
Tipos de sistemas:
- Sistema Abierto: Un sistema del que sale y/o entra materia.
- Sistema cerrado: Cuando en el sistema no entra ni sale materia.
- Sistema Aislado: Cuando no hay intercambio de materia y energía, dependiendo del caso.
Procesos: Se denomina proceso termodinámico a la evolución de determinadas magnitudes (o propiedades) relativas a un determinado sistema físico. Pueden ser interpretados como el resultado de la interacción de un sistema con otro tras ser eliminada alguna ligadura entre ellos, de forma que finalmente los sistemas se encuentren en equilibrio entre sí.
Ciclos: Se denomina ciclo termodinámico a cualquier serie de procesos termodinámicos tales que, al transcurso de todos ellos, el sistema regrese a su estado inicial; es decir, que la variación de las magnitudes termodinámicas propias del sistema sea nula.
Formas de energía:
- La energía química: es la energía almacenada dentro de los productos químicos.
- La energía térmica: es el efecto de las moléculas en movimiento.
- La energía sonora: Es la energía transportada por ondas sonoras.
- La energía cinética: es la energía que tiene un cuerpo en movimiento.
- La energía potencial: se la denomina energía almacenada.