Propiedades de las sustancias puras
Páginas: 79 (19618 palabras)
Publicado: 18 de noviembre de 2013
§ II. Propiedades de las sustancias puras.
En este capítulo se estudiarán a las sustancias puras, éstas resultan de interés debido a su amplia aplicabilidad en problemas técnicos de ingeniería; se definirán los procesos termodinámicos y se verán cuatro métodos para estudiarlos: 1) a través de las ecuaciones de estado para las sustancias puras en su forma diferencial, ecuaciones queresolveremos apoyándonos en propiedades térmicas y elásticas de las materia, por ello se definirán los coeficientes de compresibilidad isotérmica y de dilatación térmica, esto nos permitirá determinar los cambios de estado de las sustancias puras al someterse a un proceso cuasi-estático; 2) utilizando la ecuación de estado de los gases ideales, aplicable sólo a las sustancias puras en su estadogaseoso, a muy bajas presiones y/o altas temperaturas (conceptos que serán precisados); 3) se explicará la construcción de la gráfica del coeficiente de compresibilidad generalizado y se usará para determinar, de manera aproximada, los cambios de estado de los gases y que tan alejados se encuentran estos del comportamiento ideal; y 4) se aprenderá el uso de las llamadas tablas de vapor, lo quepermitirá estudiar los procesos que sufren los gases reales. Finalmente se discutirán brevemente algunas ecuaciones de estado para los gases, mismas que representan aproximaciones teóricas al comportamiento de los gases reales.
II. 1. Concepto de sustancia pura
Una sustancia compresible simple es aquella que, cuando se le estudia, sus efectos de superficie y sus interacciones gravitacionales,magnéticas o eléctricas no son significativos; solo son relevantes los cambios en volumen o presión, p. ej., la expansión de un gas confinado en un recipiente cilíndrico dotado con un émbolo.
Un sistema compresible simple es aquel formado por una sustancia compresible simple. Estos sistemas se agrupan en las siguientes categorías:
1. Substancia pura. Es aquella que tiene unacomposición química homogénea e invariable y se encuentra en estado sólido, líquido, gaseoso o en una mezcla de dos cualquiera de ellos o los tres; p. ej., el agua líquida, una mezcla de hielo y vapor de agua, alcohol en cualquiera de sus fases o bien un gas noble.
2. Mezcla homogénea de distintos componentes. Son mezclas de sustancias puras químicamente estables, p. ej., una mezcla de gasesinertes o químicamente activos pero que no reaccionan entre sí, una mezcla de líquidos o una disolución como por ejemplo el agua de azúcar o el agua de sal.
3. Mezcla heterogénea, p. ej., una mezcla de líquidos no miscibles como el agua y el aceite o una mezcla de gases distintos en contacto con una mezcla de diferentes líquidos o sólidos, etc.
Los sistemas compresibles simples son muyusuales en ingeniería, por lo que, a menos que se especifique lo contrario, nuestro estudio posterior versa sobre estos sistemas, en específico los constituidos por una substancia pura.
II. 2. Procesos y Diagramas de Estado
Como resultado de la interacción de un sistema con su medio circundante, el estado del sistema cambia, estos cambios se reflejan en la forma de agregación de las moléculas oátomos que constituyen al sistema; para darnos una idea de las formas de agregación que adopta la materia al efectuarse los cambios de estado, en la primera sección se analizan los cambios que sufren las sustancias puras, en cuanto a sus propiedades físicas, cuando interactúa con su medio circundante y en la segunda sección se describen los fundamentos matemáticos y se consolida la nomenclaturafísica necesaria para el estudio de estos cambios de estado.
II. 2. 1. Cambios de agregación de la materia
Efectuemos el siguiente experimento. Consideremos el siguiente sistema: 1 Kg de agua dentro de un cilindro dotado de un pistón, ver figura 2.1. Inicialmente el sistema se encuentra a 20 ºC de temperatura y, con la ayuda de un peso determinado sobre el pistón, se conserva la presión...
En este capítulo se estudiarán a las sustancias puras, éstas resultan de interés debido a su amplia aplicabilidad en problemas técnicos de ingeniería; se definirán los procesos termodinámicos y se verán cuatro métodos para estudiarlos: 1) a través de las ecuaciones de estado para las sustancias puras en su forma diferencial, ecuaciones queresolveremos apoyándonos en propiedades térmicas y elásticas de las materia, por ello se definirán los coeficientes de compresibilidad isotérmica y de dilatación térmica, esto nos permitirá determinar los cambios de estado de las sustancias puras al someterse a un proceso cuasi-estático; 2) utilizando la ecuación de estado de los gases ideales, aplicable sólo a las sustancias puras en su estadogaseoso, a muy bajas presiones y/o altas temperaturas (conceptos que serán precisados); 3) se explicará la construcción de la gráfica del coeficiente de compresibilidad generalizado y se usará para determinar, de manera aproximada, los cambios de estado de los gases y que tan alejados se encuentran estos del comportamiento ideal; y 4) se aprenderá el uso de las llamadas tablas de vapor, lo quepermitirá estudiar los procesos que sufren los gases reales. Finalmente se discutirán brevemente algunas ecuaciones de estado para los gases, mismas que representan aproximaciones teóricas al comportamiento de los gases reales.
II. 1. Concepto de sustancia pura
Una sustancia compresible simple es aquella que, cuando se le estudia, sus efectos de superficie y sus interacciones gravitacionales,magnéticas o eléctricas no son significativos; solo son relevantes los cambios en volumen o presión, p. ej., la expansión de un gas confinado en un recipiente cilíndrico dotado con un émbolo.
Un sistema compresible simple es aquel formado por una sustancia compresible simple. Estos sistemas se agrupan en las siguientes categorías:
1. Substancia pura. Es aquella que tiene unacomposición química homogénea e invariable y se encuentra en estado sólido, líquido, gaseoso o en una mezcla de dos cualquiera de ellos o los tres; p. ej., el agua líquida, una mezcla de hielo y vapor de agua, alcohol en cualquiera de sus fases o bien un gas noble.
2. Mezcla homogénea de distintos componentes. Son mezclas de sustancias puras químicamente estables, p. ej., una mezcla de gasesinertes o químicamente activos pero que no reaccionan entre sí, una mezcla de líquidos o una disolución como por ejemplo el agua de azúcar o el agua de sal.
3. Mezcla heterogénea, p. ej., una mezcla de líquidos no miscibles como el agua y el aceite o una mezcla de gases distintos en contacto con una mezcla de diferentes líquidos o sólidos, etc.
Los sistemas compresibles simples son muyusuales en ingeniería, por lo que, a menos que se especifique lo contrario, nuestro estudio posterior versa sobre estos sistemas, en específico los constituidos por una substancia pura.
II. 2. Procesos y Diagramas de Estado
Como resultado de la interacción de un sistema con su medio circundante, el estado del sistema cambia, estos cambios se reflejan en la forma de agregación de las moléculas oátomos que constituyen al sistema; para darnos una idea de las formas de agregación que adopta la materia al efectuarse los cambios de estado, en la primera sección se analizan los cambios que sufren las sustancias puras, en cuanto a sus propiedades físicas, cuando interactúa con su medio circundante y en la segunda sección se describen los fundamentos matemáticos y se consolida la nomenclaturafísica necesaria para el estudio de estos cambios de estado.
II. 2. 1. Cambios de agregación de la materia
Efectuemos el siguiente experimento. Consideremos el siguiente sistema: 1 Kg de agua dentro de un cilindro dotado de un pistón, ver figura 2.1. Inicialmente el sistema se encuentra a 20 ºC de temperatura y, con la ayuda de un peso determinado sobre el pistón, se conserva la presión...
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