Fisicoquimica Semana 3

Cv =

3
R
2

Cv =

5
R
2

gases Ideales Monoatómicos.

gases Ideales diatómicos.

Experimento de Joule: Equivalente mecánico del calor. Una destrucción de
W en el ambiente exterior produce un aumento de la temperatura del sistema.

W  Energia térmica
Este experimento estableció que existía una relación entre dos tipos de energía que hasta
entonces eran considerados como dos conceptos aparte: eltrabajo y el calor. Aunque todavía
no hay un acuerdo general entre todas las ramas de la ciencia que estudian la energía que
defina satisfactoriamente este concepto para todas ellas, nos limitaremos a la definición
propuesta por la termodinámica. La termodinámica es aquella rama que estudia la energía, sus
manifestaciones, transformaciones y su transferencia. La definición termodinámica de laenergía es: energía es todo aquello que tiene la capacidad de producir en los sistemas o desde
ellos alguna forma de trabajo. El trabajo es consecuencia de una fuerza que provoca un
desplazamiento ya sea desde los alrededores del sistema o dentro del mismo, ya sea de forma
macroscópica (un pistón por ejemplo) o microscópico (el movimiento de los átomos dentro de
un objeto).

Joule (1840), cuando lospesos caen, la T del agua aumenta. El
demostró que la KE puede convertirse en calor. El calor es una forma
microscópica de la KE.
Medición de

( UV )

T

A- gas
B- vacío

FQG-RMF

agitador

-2-

2

diapositiva 1,
No se observó diferencia de temperatura antes y después de abrir la llave de
paso. No hay trabajo en el medio exterior.
Hay una Exp. Libre

La T del agua no varía a T = 0

W = 0,

U= Q + W = 0
dU =

U
V

( )

T

dv = 0 como dv 0 

U
V

( )

T

=0

 La energía es solo función de la T (Ley de Joule).
Para gases reales

( UV )

comparativamente con la

T

 0. La Cp del recipiente es

Cp (gas).

Lo que no deja ver que

muy grande

U
V

( )

T

 0.

Esta es una magnitud pequeña, sólo para gases.

Experimento de Joule-Thomson:
En gas Ideal PV = Const. a T dada, y acualquier P. Cuando el gas se expande
en condiciones adiabáticas en el vacío, no se absorbe ni se produce calor.

Q = 0, W = 0, U = 0
La temperatura es la misma antes o después de la expansión.
En gases reales la situación es diferente: Fue investigada por Joule-Thomson
(Lord Kelvin).

FQG-RMF

-3-

3

P1

P1  P2
P2


El proceso es lento para no cambiar la presión P1.

Un poco de gas pasa de P1a P2 por el tapón poroso V1  V2, se analizan los
cambios en la T.

WSC = -  PdV

(lado izq.),

0

WSC = -  PdV = -P2V2 ;
Como

WSC = +P1V1 ; WS = -P1V1
WS = P2V2

Q = 0, U = WSC = P1V1 - P2V2 = U2 -U1

U2 + P2V2 = U1 + P1V1 ;

H2 = H 1 ;

H = 0

El proceso se realiza a H const. Isoentalpía.
La H es constante en las expansiones de los gases;- T y -P, se combinan a
través de . Para todos losgases con excepción del H2 se observó un descenso
de la T durante la expansión ( H2, He se calientan).

FQG-RMF

-4-

4

inversion

T
 T 
  0
 P  H

lines of
constan
t

 T 
  0
 P  H

P
Coeficiente de J-T ;

=

( Tp )

H



Para el N2
P, atm

-150 oC

-100 oC

0oC

100oC

300 oC

1

1.266

0.6490

0.2656

0.1292

0.0140

20

1.125

0.5958

0.2494

0.1173

0.0096

600.0601

0.4506

0.2088

0.0975

-0.0013

140

-0.0056

0.1373

0.1316

0.0582

-0.0129

200

-0.0284

0.0089

0.0891

0.0491

-0.0171

T. inferior de Inversión

T. Superior de Inversión

 con el P y se hace negativa a grandes presiones. A bajas presiones el N2 se
enfría por Exp. Adiabática y se calienta a presiones altas, existe un punto donde
 = 0, P de inversión que depende de la T del proceso.
Lamayoría de los gases se encuentran por debajo de 300 oC (T. Sup. de
inversión) en el ambiente por esta razón ellos se enfrían al expandirse.

FQG-RMF

-5-

5

Al abrir una válvula con N2 comprimido, la válvula se enfría lo suficiente como
para condensar el aire (humedad) a su alrededor formando una capa de nieve,
con O2 o H2 puede causar explosión.
Si la Pgas

JT

y

 150 atm,

( Hp )

P2...