Equilibrio experimento

ESTADO DE EQUILIBRIO TERMODINÁMICO
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 equilibrioquímico.
DEFINICIÓN FORMAL
El estado local de un sistema termodinámico en equilibrio queda determinado por los valores de sus cantidades y parámetros intensivos tales como: la presión, la temperatura, etc. Específicamente, el equilibrio termodinámico se caracteriza por tener un valor mínimo en sus potenciales termodinámicos, tales como la energía libre de Helmholtz, es decir, sistemas con temperatura yvolumen constantes:
A = U – TS
O la energía libre de Gibbs, es decir, en sistemas caracterizados por tener la presión y la temperaturas constantes:
G = H – TS
El proceso que gobierna un sistema hacia el equilibrio termodinámico se denomina termalización. Un ejemplo de este tipo de procesos es el que tiene lugar en un sistema de partículas interactuantes y que se abandona a sus propiasinfluencias. Un sistema tal y como este intercambia enegía/momentum entre las partículas que lo constituyen hasta que las variables macroscópicas que definen el sistema permanecen invariables en el tiempo.
La termodinámica clásica trata, casi siempre, de transformaciones entre estados de equilibrio. La palabra equilibrio implica un estado que ha repartido sus variables hasta que no hay cambios. En el estadode equilibrio no hay potenciales sin balancear (o fuerzas perturbadoras) con el sistema. Un sistema se dice que ha llegado al equilibrio termodinámico cuando no experimenta cambios al haber sido aislado de su entorno.
REPASO DEL EQUILIBRIO
* Dos sistemas se dicen que están en equilibrio térmico cuando el valor de sus temperaturas es el mismo.
* Dos sistemas se dicen que están enequilibrio mecánico cuando el valor de sus presiones es el mismo.
* Dos sistemas se dicen que están en equilibrio difusivo cuando el valor de sus potenciales químicos es el mismo.

UNA PELOTA QUE LEVITA
MATERIALES: una pelotita de ping pong o de telgopor, un secador de pelo (Figura izquierda).
PROCEDIMIENTO:
1. El flujo de aire del secador debe apuntar hacia arriba. 2. Tomá la pelotita yacercala al centro de la corriente de aire a cierta distancia por encima del secador. Con un poco de cuidado soltala. Si sentís que se va para arriba, subi un poco la mano hasta que sientas que la pelotita se queda alli donde la dejas. Ahora si, soltala . 3. Vas a observar que la pelotita queda en equilibrio suspendida en la corriente de aire (ver Figura derecha). |
Izquierda: secador y pelota.Derecha: imagen de la pelota
flotando en la corriente vertical
de aire generada por el secador | |
Porque la pelota se mantiene en equilibrio?
El dibujo de la izquierda esquematiza la corriente de aire que sale del secador (en celeste).
Naturalmente, la velocidad del aire es mayor en la parte central de la corriente y menor en los bordes. Por eso la flecha azul tiene mayor longitud en el centropuesto que es el punto en el que el aire tiene mayor velocidad. Fuera de la corriente el aire esta en reposo (es decir esta quieto).
Las regiones en las que el aire se esta moviendo rápidamente son de baja presión, mientras que las regiones en donde el aire son de alta presión (ver figura de la izquierda).
Por lo tanto, se produce una diferencia de presiones entre el centro de la corriente y elborde.
Cuando la pelota se desplaza de su posición central, experimenta una presión proveniente del aire en reposo que es mayor que la que siente debida al aire en movimiento. Esta diferencia de presiones crea una fuerza neta sobre la pelota que la devuelve al centro de la corriente impidiendo que caiga.
En la figura de la derecha las flechas rojas horizontales muestran que también existe una...