Download Sistema Termodinámico

Por: Arias Hernández
Marlen Guadalupe.
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Termodinámica:
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La termodinámica1 (del griego θερμo-, termo, que
significa "calor" y δύναμις, dinámico, que significa
"fuerza" ) 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 microscópico. También
podemos decir que la termodinámica nace para explicar
los procesos de intercambio de masa y energía térmica
entre dos sistemas diferentes. Para tener un mayor manejo
especificaremos que 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.
1.
http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica
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Sistema Termodinámico: Es un dispositivo o combinación de
dispositivos que contienen una cantidad de materia que se estudia.
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Clasificación:
Los sistemas termodinámicos se clasifican según el grado de
aislamiento que presentan con su entorno. Aplicando este criterio
pueden darse tres clases de.
Sistema aislado, que es aquel que no intercambia ni materia ni energía
con su entorno. Un ejemplo de este clase podría ser un gas encerrado en
un recipiente de paredes rígidas lo suficientemente gruesas (paredes
adiabáticas) como para considerar que los intercambios de energía
calorífica sean despreciables, ya que por hipótesis no puede
intercambiar energía en forma de trabajo.
Sistema cerrado. Es el que puede intercambiar energía pero no materia
con el exterior. Multitud de sistemas se pueden englobar en esta clase.
El mismo planeta Tierra puede considerarse un sistema cerrado. Una
lata de sardinas también podría estar incluida en esta clasificación.
Sistema abierto. En esta clase se incluyen la mayoría de sistemas que
pueden observarse en la vida cotidiana. Por ejemplo, un vehículo
motorizado es un sistema abierto, ya que intercambia materia con el
exterior cuando es cargado, o su conductor se introduce en su interior
para conducirlo, o es cargado de combustible en un repostaje, o se
consideran los gases que emite por su tubo de escape pero, además,
intercambia energía con el entorno. Sólo hay que comprobar el calor
que desprende el motor y sus inmediaciones o el trabajo que puede
efectuar acarreando carga.
“Propiedades Extensivas e
Intensivas Termodinámicas
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EXTENSIVAS: Son aquellas propiedades que están en relación
directa o depende de la masa del sistema. Ejemplos:
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Capacidad Calorífica (C) : Es razón de la cantidad de energía
calorífica transferida a un cuerpo en un proceso cualquiera por su
cambio de temperatura correspondiente.
Energía Interna (u) : Es la que tiene cualquier sistema debido a su
constitución interna y es su propiedad.
Peso: Fuerza con la que un cuerpo es atraído hacia una gran masa.
Entalpía (H): Energía intercambiada por medio de calor a presión
constante.
Entropía (S): Propiedad termodinámica que indica la reversibilidad
o irreversibilidad de un proceso.
Volumen: Es la de espacio que ocupa un cuerpo.
Trabajo (W): Mecanismo de intercambio de energía entre un
sistema y sus alrededores debido al efecto de una fuerza.
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INTENSIVAS: Son aquellas propiedades que no dependen de la
masa del sistema
Ejemplos:
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Temperatura: Es la medida de la energía cinética de las moléculas de
un cuerpo.
Volumen especifico: Es el volumen ocupado por unidad de masa de
un material.
Volumen molar: Cociente entre la masa de un mol de elemento y su
densidad.
Presión: Fuerza ejercida sobre la totalidad o la porción de un
cuerpo.
Voltaje: Es una magnitud física que impulsa a los electrones a lo
largo de un conductor en un circuito cerrado.
Densidad: Es la relación entre la masa y el volumen y depende tanto
del estado en el que se encuentre el elemento como de la
temperatura del mismo. En la mayor parte de los casos que se
representan, los datos corresponden a los elementos en estado
sólido y a una temperatura de 293 K.
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“Sustancias Puras”
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Las sustancias puras están formadas por uno o varios
componentes iguales y que presentan un aspecto
homogéneo. Si solo existe un componente, de manera
exclusiva. Son los llamados elementos químicos
(carbono, oro, nitrógeno, calcio, azufre, etc.) y si en
cambio existen varios componentes, son los llamados
compuestos químicos. Por ejemplo, el agua es una
sustancia pura, no obstante está formada por dos
elementos: hidrógeno y oxígeno. En cambio, el diamante
está compuesto exclusivamente de un elemento:
carbono.
Tienen propiedades específicas bien definidas. Estas
propiedades no varían, aun cuando dicha sustancia pura
se encuentre formando parte de una mezcla.
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Algunas de estas propiedades son:
El color
 El sabor
 La densidad
 La temperatura de fusión
 El olor
 La temperatura de ebullición
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“Estado y Fase”
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La regla de las fases establece el número de propiedades intensivas que se
pueden fijar en un sistema en equilibrio. Una vez se han fijado los grados de
libertad, el resto de propiedades intensivas del sistema toman un valor
determinado.
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Para conocer el estado del sistema se deben conocer los valores numéricos
de sus propiedades. Para ello hay que:
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Conocer las ecuaciones que relacionan las propiedades entre si a partir de
las leyes de la termodinámica.
Relacionar el valor de la propiedad con la del gas ideal a través de las
propiedades residuales.
Analizar los cambios de comportamiento que supone la existencia de dos
fases en equilibrio.
Si no tienen los datos experimentales, se puede usar una correlación
generalizada para estimar las propiedades a partir del valor de z.
Agrupar y presentar los datos en tablas o diagramas
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ESTADO DE EQUILIBRIO
La palabra estado representa la totalidad de las propiedades
microscópicas asociadas con un sistema. Cualquier sistema
que muestre un conjunto de variables identificables tiene un
estado termodinámico, ya sea que este o no en equilibrio.
El estado de equilibrio termodinámico se define cuando no
hay transferencia de energía entre las diferentes porciones de
masa de esta sustancia o cuando sus propiedades
permanecen constantes e invariantes con el tiempo.
Un estado de no equilibrio es un estado con intercambios
netos de masa o energía y sus parámetros característicos
dependen en general de la posición, y del tiempo. Si no
dependen de este último, necesita la intervención del entorno
para mantener sus valores (estado estacionario fuera del
equilibrio).
http://www.mitecnologico.com/ia/Main/Introduccion
“Entalpía”
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Entalpía (del prefijo en y del griego "enthalpos" (ενθαλπος)
calentar) es una magnitud de termodinámica simbolizada con la
letra H, la variación de entalpía expresa una medida de la cantidad
de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, o, lo
que es lo mismo, la cantidad de energía que tal sistema puede
intercambiar con su entorno.
En la historia de la termodinámica se han utilizado distintos
términos para denotar lo que hoy conocemos como entalpía de un
sistema. Originalmente se pensó que la palabra "entalpía" fue creada
por Émile Clapeyron y Rudolf Clausius a través de la publicación de
la relación de Clausius-Clapeyron en The Mollier Steam Tables and
Diagrams de 1827, pero el primero que definió y utilizó término
"entapía" fue el holandés Heike Kamerlingh Onnes, a principios del
siglo XX.
La entalpía (simbolizada generalmente como "H", también llamada
contenido de calor, y calculada en julios en el sistema internacional
de unidades o también en kcal o, si no, dentro del sistema anglo:
"BTU"), es una variable de estado, (lo que quiere decir que, sólo
depende de los estados inicial y final) que se define como la suma
de la energía interna de un sistema termodinámico y el producto de
su volumen y su presión.
La entalpía total de un sistema no puede ser medida
directamente, al igual que la energía interna, en cambio,
la variación de entalpía de un sistema sí puede ser
medida experimentalmente. El cambio de la entalpía del
sistema causado por un proceso llevado a cabo a presión
constante, es igual al calor absorbido por el sistema
durante dicho proceso.
La entalpía se define mediante la siguiente fórmula:
Donde:
H es la entalpía (en julios).
U es la energía interna (en julios).
P es la presión del sistema (en pascales).
V es el volumen del sistema (en metros cúbicos).
http://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa
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“Calor Sensible y
Latente”
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Calor sensible de un cuerpo: es la cantidad de calor
recibido o cedido por un cuerpo al sufrir una variación
de temperatura (Δt) sin que haya cambio de estado físico
(sólido, líquido o gaseoso). Su expresión matemática es
la ecuación fundamental de la calorimetría.
Qs = m.c.Δt
donde: Δt = tf - to
Calor latente de un cuerpo: es aquel que causa en el
cuerpo un cambio de estado físico (sólido, líquido o
gaseoso) sin que se produzca variación de temperatura
(Δt), es decir permanece constante5.
QL = m.L
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/ap10_
calorimetria.php
“Ley de la conservación
de la Materia”
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La Ley de Conservación de la Masa o Ley de Conservación de la Materia o
Ley Lomonósov-Lavoisier es una de las leyes fundamentales en todas las
ciencias naturales. Fue elaborada por Mijaíl Lomonósov en 1745 y por
Antoine Lavoisier en 1789. Establece un punto muy importante: “En toda
reacción química la masa se conserva, es decir, la masa consumida de los
reactivos es igual a la masa obtenida de los productos”.
Enunciado
En toda reacción química la masa se conserva, esto es, la masa total de los
reactivos es igual a la masa total de los productos. Tiene una importancia
fundamental, ya que permite extraer componentes específicos de alguna
materia prima sin tener que desechar el resto; también es importante,
debido que nos permite obtener elementos puros cosa que sería imposible,
si la materia se destruyera.
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http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_conservaci%C3%B3n_de_la_materia
“1ra. Ley de la Termo”
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En un sistema cerrado adiabático que evoluciona de un estado inicial A a otro
estado final B, el trabajo realizado no depende ni del tipo de trabajo ni del
proceso seguido.
También conocida 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. Visto de otra
forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe
intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía
interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, en su obra
Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para
desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la
termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y
más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin para formular, de
una manera matemática, las bases de la termodinámica.
La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:
Eentra − Esale = ΔEsistema
Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos
termodinámico, queda de la forma:
El primer principio de la termodinámica es una ley empírica que no puede
demostrarse teóricamente.
“2da ley de la Termo”
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Esta ley regula la dirección en la que deben llevarse a cabo los
procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que
ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de
tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un
pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la
imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un
tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, 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.
Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor
siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura
hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.
Videos
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http://www.youtube.com/w
atch?v=deD1snymrtc&featu
re=fvw
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http://www.youtube.com/w
atch?v=veFLTN13PGo
“Gases Ideales”
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El gas ideal
Para definir un patrón de gas que sirva para establecer
reglas de comportamiento se crea el concepto de gas
ideal, este gas ideal cumple las condiciones siguientes:
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Ocupa el volumen del recipiente que lo contiene.
Está formado por moléculas.
Estas moléculas se mueven individualmente y al azar en
todas direcciones.
La interacción entre las moléculas se reduce solo a su
choque.
Los choques entre las moléculas son completamente
elásticos (no hay pérdidas de energía).
Los choque son instantáneos (el tiempo durante el
choque es cero).
Los gases reales, siempre que no estén sometidos a
condiciones extremas de presión y temperatura,
cumplirán muy aproximadamente las reglas establecidas
para los gases ideales.
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“Ley de los gases”
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Se han desarrollado leyes empíricas que relacionan las principales
variables de un gas en base a las experiencias de laboratorio
realizadas. En los gases ideales, estas variables incluyen la presión
(p), el volumen (V) y la temperatura (T).
1.- La ley de Boyle - Mariotte. Esta ley dice que, si se mantiene la
temperatura constante, cuando se aumenta la presión de un gas
ideal, su volumen disminuye en la misma proporción. Es decir P1.
V1 = P2 . V2
2.-La ley de Gay-Lussac. Esta ley dice que si se mantiene la presión
constante, el volumen del gas aumentará en la misma proporción en
que aumente su temperatura absoluta:
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3.- La ley de Charles Esta ley dice que, si se mantiene el volumen
constante, la presión de un gas aumenta en la misma proporción en
la que aumenta su temperatura absoluta:
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“Videos”
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http://www.youtube.com/watch?v=Oqy4Dn
Pq1C0&feature=related
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http://www.youtube.com/watch?v=am2tA2
oyYII
“Bibliografía”
“Química”, Zarraga, Velazquez, et. al, Ed
Mc Graw Hill
 1ª . ed , 2003, pp 353.
 “Termodinámica”, Manrique, José A, et al,
Ed Oxford
 3ª. ed. México 2002.
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