Download Tema 3 – Sustancia Pura

Tema 3 – Sustancia Pura
Postulado de estado
• El número de propiedades independientes que
definen un estado de equilibrio en un sistema,
es igual al número de trabajo cuasiestáticos
más uno.
• Sistema simple: un solo trabajo cuasiestático
=> 2 variables independientes.
• Sistema simple compresible: sólo trabajo
cuasiestático de cambio de volumen (PdV).
Termodinámica
Curso 2006-2007
Regla de las fases de Gibbs
L+F=C+2
• L=número de grados de libertad o varianza
• F=número de fases
• C=número de componentes
• C=1 (sust. pura), F=1 (una fase) => L=2 (P y T indep.)
• C=1 (sust. pura), F=2 (2 fases) => L=1 (P=P(T) ó T=T(P))
• C=1 (sust. pura), F=3 (3 fases) => L=0 (punto triple)
Termodinámica
Curso 2006-2007
Ecuaciones de estado
• Ecuación de estado térmica:
f(P,v,T)=0
suele ser P=P(v,T) ó P=P(ρ,T)
• Ecuación de estado energética:
f(u,P,T)=0
suele ser u=u(P,T) ó h=h(P,T)
H=U+PV (entalpía)
h=u+Pv=u+P/ρ (entalpía específica)
Termodinámica
Curso 2006-2007
Coeficientes
• Son primeras derivadas de las ecuaciones de
estado.
• Ec. estado térmica: coeficientes termoelásticos
• Ec. estado energética: coeficientes calóricos:
U/m = u = u(T,v)
⎛ ∂u ⎞
⎛ ∂u ⎞
du = ⎜
⎟ dT + ⎜ ⎟ dv = cV dT + lT dv
⎝ ∂v ⎠T
⎝ ∂T ⎠V
H/m = h = h(T,P)
⎛ ∂h ⎞
⎛ ∂h ⎞
dh = ⎜
⎟ dT + ⎜ ⎟ dP = cP dT + λT dP
⎝ ∂P ⎠T
⎝ ∂T ⎠ P
Termodinámica
Curso 2006-2007
Procesos básicos (sis. compresibles)
• Volumen constante: isocoro
• Presión constante: isobaro
• Temperatura constante: isotermo
Termodinámica
Curso 2006-2007
Proceso isocoro
Q-W=ΔU => (Q-Wd)V=ΔU
(si no hay Wd: QV =ΔU)
• La variación de energía interna es el calor
comunicado a volumen constante.
Medida de T
V constante,
conocido
Medida de P
Aporte de Q y
medida de ΔU
Termodinámica
Curso 2006-2007
Proceso isobaro
Q-W=ΔU => (Q-Wd)P=ΔU+PΔV=Δ(U+PV)=ΔH
(si no hay Wd: QP =ΔH)
• La variación de entalpía es el calor comunicado
a presión constante.
P constante,
conocida
Medida de T
Medida de V
Aporte de Q y
medida de ΔH
Termodinámica
Curso 2006-2007
Proceso isotermo
T1
P
P2
Isoterma
P1
T1
V2
V1
V
Termodinámica
Curso 2006-2007
Evaporación isobara
T
Vapor húmedo
Vapor saturado
Líquido saturado
vf
Termodinámica
vg
v
Curso 2006-2007
Isobaras en diagrama T-v
Punto crítico
T
Líquido subenfriado
Vapor
sobrecalentado
Vapor húmedo
Vapor saturado
Líquido saturado
v
Termodinámica
Curso 2006-2007
Fusión-solidificación isobara
Sustancia normal:
dilata al fundir
(vs<vf)
T
T
Agua y otras
sustancias:
contraen al fundir
(vs>vf)
ρs > ρf
ρs < ρf
4 °C (mínimo v,
máxima ρ)
0 °C
vs
Termodinámica
vf
v
vf
vs
v
Curso 2006-2007
Densidad del agua
Termodinámica
Curso 2006-2007
Isobaras en diagrama T-h
vapor sobrecalentado
v
cP
h
g
vapor saturado (en
equilibrio con su líquido)
Entalpía de
vaporización (hfg)
vapor húmedo
Entalpía de
fusión (hsf)
cP
f
f
s
cP
s
líquido saturado (en
equilibrio con su sólido)
sólido saturado (en
equilibrio con su líquido)
Tfusión
Termodinámica
líquido saturado (en
equilibrio con su vapor)
L
Tvaporización
T
Curso 2006-2007
Esquema de la superficie P-v-T
Termodinámica
Curso 2006-2007
Superficie P-v-T de sustancia normal
Termodinámica
Curso 2006-2007
Superficie P-v-T del agua
Termodinámica
Curso 2006-2007
Proyecciones: P-T y P-v
Termodinámica
Curso 2006-2007
Diag. P-T del agua (diagrama fases)
Termodinámica
Curso 2006-2007
Isotermas en P-v
Termodinámica
Curso 2006-2007
Diagrama T-s: isolíneas
Termodinámica
Curso 2006-2007
Diagrama h-s: isolíneas
Termodinámica
Curso 2006-2007
Diagrama P-h: isolíneas
Termodinámica
Curso 2006-2007
Modelos extremos de sustancia
Termodinámica
Curso 2006-2007
Termodinámica
Curso 2006-2007
Termodinámica
Curso 2006-2007