Fundamentos de termodinámica 2da ley
Páginas: 11 (2635 palabras)
Publicado: 8 de noviembre de 2015
Fundamentos de termodinámica.
Propiedades termodinámicas.
La cocina es un lugar excelente para estudiar la forma en que las propiedades de la materia dependen de la temperatura. Cuando hervimos agua en una tetera, el aumento de temperatura produce vapor que sale silbando a alta presión. Si olvidamos perforar una papa antes de hornearla, el vapor a alta presión que se produce en su interiorpuede hacer que reviente. El vapor de agua del aire puede condensarse en gotitas de líquido en las paredes de un vaso con agua helada; y si acabamos de sacar el vaso del congelador, se formará escarcha en las paredes al solidificarse el vapor.
Todos estos ejemplos muestran las interrelaciones de las propiedades a gran escala, o macroscópicas, de una sustancia, como: presión, volumen, temperatura ymasa de la sustancia. Sin embargo, también podemos describir una sustancia desde una perspectiva microscópica. Esto implica investigar cantidades a pequeña escala, como las: masas, velocidades, energías cinéticas y cantidades de movimiento de las moléculas individuales de una sustancia.
Ecuaciones de estado
La ecuación del gas idealEsta ecuación sencilla describe el comportamiento de ungas en un sistema dado, a continuación veremos ejemplos de estos sistemas.
-Masa de aire en un tanque de buceoUn tanque de buceo típico tiene un volumen de 11.0 L y una presión manométrica, cuando está lleno, de 2.10 X 10^7 Pa. El tanque "vacio" contiene 11.0 L de aire a 21°C y 1 atm (1.013 x10^5 Pa). Cuando el tanque se llena con aire caliente de una compresora, la temperatura es de 42°C y lapresión manométrica es de 2.10 x 10^7 Pa. ¿Qué masa de aire se agrego? (El aire es una mezcla de gases: aproximadamente 78% de nitrógeno, 21% de oxigeno y 1% de otros gases; su masa molar media es de 28.8 g/mol = 28.8 X 10^-3 kg/mol.)
La incógnita es la diferencia entre la masa presente al principio (estado 1) y al final (estado 2). Nos dan la masa molar del aire, así que podemos usar la ecuaciónmtot=nM (masa total, numero de moles y masa molar) para obtener la incógnita si conocemos el número de moles presentes en los estados 1 y 2. Determinamos n1 y n2 aplicando individualmente la ecuación pV=nRT (ecuación del gas ideal) a cada estado.
Debemos recordar convertir las temperaturas a la escala Kelvin sumándoles 273, y convertir las presiones a absolutas sumándoles 1.013 x 10^5 Pa. Por laecuación del gas ideal, el número de moles n1 en el tanque "vacio" es.
El volumen del tanque metálico prácticamente no por el aumento de presión, así que V1 = V2. El número de moles en el tanque lleno es
Agregamos n2-n1 = 88.6 mol - 0.46 mol = 88.1 mol al tanque. La masa agregada es: M (n2 –n1)= (88.6 mol) (28.8 mol = kg/ mol) = 2.54 kg.
La masa agregada es considerable: bien podríamos usar unabascula para determinar si el tanque esta vacio o lleno.
El volumen es constante, así que p/nT=RV es constante y p1 /n1T1= p2 /n2T2; podríamos despejar la relación entre los moles
iniciales y finales. Sin embargo, necesitamos la diferencia de estos números, no su cociente, así que esa ecuación no basta para resolver el problema.
Leyes de la termodinámica
Primera ley de la termodinámicaCada vezque conducimos un automóvil, que encendemos un acondicionador de aire o cocinamos algún alimento, recibimos los beneficios prácticos de la termodinámica, o sea el estudio de las relaciones en las que intervienen: el calor, el trabajo mecánico y otros aspectos de la energía y de su transferencia. Por ejemplo, en el motor de un automóvil, se genera calor por la reacción química entre el oxigeno y lagasolina vaporizada en los cilindros. El gas caliente empuja los pistones de los cilindros, efectuando trabajo mecánico que se utiliza para impulsar el vehículo. Este es un ejemplo de proceso termodinámico.
La primera ley de la termodinámica, es fundamental para entender tales procesos, es una extensión del principio de conservación de la energía; amplia este principio para incluir el intercambio...
Propiedades termodinámicas.
La cocina es un lugar excelente para estudiar la forma en que las propiedades de la materia dependen de la temperatura. Cuando hervimos agua en una tetera, el aumento de temperatura produce vapor que sale silbando a alta presión. Si olvidamos perforar una papa antes de hornearla, el vapor a alta presión que se produce en su interiorpuede hacer que reviente. El vapor de agua del aire puede condensarse en gotitas de líquido en las paredes de un vaso con agua helada; y si acabamos de sacar el vaso del congelador, se formará escarcha en las paredes al solidificarse el vapor.
Todos estos ejemplos muestran las interrelaciones de las propiedades a gran escala, o macroscópicas, de una sustancia, como: presión, volumen, temperatura ymasa de la sustancia. Sin embargo, también podemos describir una sustancia desde una perspectiva microscópica. Esto implica investigar cantidades a pequeña escala, como las: masas, velocidades, energías cinéticas y cantidades de movimiento de las moléculas individuales de una sustancia.
Ecuaciones de estado
La ecuación del gas idealEsta ecuación sencilla describe el comportamiento de ungas en un sistema dado, a continuación veremos ejemplos de estos sistemas.
-Masa de aire en un tanque de buceoUn tanque de buceo típico tiene un volumen de 11.0 L y una presión manométrica, cuando está lleno, de 2.10 X 10^7 Pa. El tanque "vacio" contiene 11.0 L de aire a 21°C y 1 atm (1.013 x10^5 Pa). Cuando el tanque se llena con aire caliente de una compresora, la temperatura es de 42°C y lapresión manométrica es de 2.10 x 10^7 Pa. ¿Qué masa de aire se agrego? (El aire es una mezcla de gases: aproximadamente 78% de nitrógeno, 21% de oxigeno y 1% de otros gases; su masa molar media es de 28.8 g/mol = 28.8 X 10^-3 kg/mol.)
La incógnita es la diferencia entre la masa presente al principio (estado 1) y al final (estado 2). Nos dan la masa molar del aire, así que podemos usar la ecuaciónmtot=nM (masa total, numero de moles y masa molar) para obtener la incógnita si conocemos el número de moles presentes en los estados 1 y 2. Determinamos n1 y n2 aplicando individualmente la ecuación pV=nRT (ecuación del gas ideal) a cada estado.
Debemos recordar convertir las temperaturas a la escala Kelvin sumándoles 273, y convertir las presiones a absolutas sumándoles 1.013 x 10^5 Pa. Por laecuación del gas ideal, el número de moles n1 en el tanque "vacio" es.
El volumen del tanque metálico prácticamente no por el aumento de presión, así que V1 = V2. El número de moles en el tanque lleno es
Agregamos n2-n1 = 88.6 mol - 0.46 mol = 88.1 mol al tanque. La masa agregada es: M (n2 –n1)= (88.6 mol) (28.8 mol = kg/ mol) = 2.54 kg.
La masa agregada es considerable: bien podríamos usar unabascula para determinar si el tanque esta vacio o lleno.
El volumen es constante, así que p/nT=RV es constante y p1 /n1T1= p2 /n2T2; podríamos despejar la relación entre los moles
iniciales y finales. Sin embargo, necesitamos la diferencia de estos números, no su cociente, así que esa ecuación no basta para resolver el problema.
Leyes de la termodinámica
Primera ley de la termodinámicaCada vezque conducimos un automóvil, que encendemos un acondicionador de aire o cocinamos algún alimento, recibimos los beneficios prácticos de la termodinámica, o sea el estudio de las relaciones en las que intervienen: el calor, el trabajo mecánico y otros aspectos de la energía y de su transferencia. Por ejemplo, en el motor de un automóvil, se genera calor por la reacción química entre el oxigeno y lagasolina vaporizada en los cilindros. El gas caliente empuja los pistones de los cilindros, efectuando trabajo mecánico que se utiliza para impulsar el vehículo. Este es un ejemplo de proceso termodinámico.
La primera ley de la termodinámica, es fundamental para entender tales procesos, es una extensión del principio de conservación de la energía; amplia este principio para incluir el intercambio...
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