Termodinamica Sustancias Simples

Propiedades de las sustancias puras y simples compresibles
El estado de un sistema cerrado en equilibro se describa a través de los valores de las propiedades termodinámicas. De la observación de muchos sistemas termodinámicos conocemos que no todas las propiedades termodinámicas son independientes una de otra, y el estado puede ser determinado únicamente por los valores de propiedadesindependientes. Los valores de todas las otras propiedades están determinados por los valores de este conjunto de propiedades independientes. Una regla general conocida como principio de estado (postulado de estado) ha sido desarrollada como una guía para determinar la cantidad de propiedades independientes necesarias para especificar el estado de un sistema. Para esta unidad, consideraremos sistemas conmasa y composición determinadas y que no se ven influenciados por movimiento alguno ni campos gravitatorios.

III
Unidad

Basado en observaciones empíricas, se concluye que hay una propiedad independiente por cada forma independiente que el sistema tiene para cambiar su energía. Hemos mencionado anteriormente que la energía de un sistema cerrado puede ser alterada independientemente por calory trabajo. Una propiedad independiente puede ser asociada con la transferencia de calor y otra propiedad independiente puede ser añadida por cada forma relevante de cambiar la energía por medio de trabajo. El término sistema simple es aplicado a sistemas que solamente tienen una forma de alterar significativamente su energía por trabajo cuando el sistema sufre un proceso en cuasiequilibrio. Estoindica que un sistema simple requiere dos propiedades independientes para determinar su estado. El más importante de estos sistemas, y al que le dedicaremos gran parte de los análisis, son los sistemas simples compresibles. Para estos sistemas, los cambios del volumen provocan cambios significativos en la energía del sistema. La única forma de transferencia de energía por trabajo que puedeexperimentar un sistema simple compresible que sufre un proceso en cuasiequilibrio está asociado al cambio de volumen y está dado por

∫ PdV . La

influencia del campo gravitatorio de la tierra se considera despreciable, y la presión uniforme en todo el sistema. El modelo de sistema simple compresible puede parecer muy restrictivo, pero la práctica muestra que puede emplearse en un amplio rango deaplicaciones de ingeniería aunque efectos eléctricos, magnéticos, de tensión superficial y otros estén presentes en algún grado. Si la temperatura, T y otra propiedad intensiva, como el volumen específico, v, son seleccionadas como variables independientes, el principio de estado asegura que la presión, la energía interna específica y todas las otras propiedades intensivas pueden ser determinadascomo función de T y v: P = P(T, v), u = u(T, v), y así con las otras. Dicho de otra forma, el postulado de estado puede utilizarse como la base para relaciones entre propiedades que son difíciles de medir y propiedades que son más fáciles de medir. Una sustancia pura es aquella que tiene solamente una composición química y esta es invariable.

funcional. Una sustancia pura, simple compresible,que se contrae al pasar de líquido a sólido, tiene una superficie PvT como muestra la figura (hay sustancias que se expanden al pasar de líquido a sólido,

estas tendrán un comportamiento PvT distinto en la región de mezcla

-

Diagramas de fase.

líquido – sólido). Se pueden observar tres regiones correspondientes a las tres fases que nos interesan, sólido, líquido y vapor, y otrasregiones correspondientes a mezclas de estas tres fases, una característica de estas regiones de mezcla es que la presión y la temperatura no son independientes entre sí, por tanto el par presión y temperatura no definen un estado en estas regiones, pero si otro par como la presión y el volumen específico, o la temperatura y la energía interna, esta característica hace que las superficies de mezcla de...