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Universidad Autónoma de Zacatecas “Francisco García Salinas”

Campus Siglo XXI

Unidad de Ciencias QuímicasPrograma de Ingeniería Química

Físico-Química“Efecto Joule-Thompson”

 2º “B”

Profesor: Tomas Montiel Santillán

Equipo: Miriam Hortensia Lara BraAna Gabriela Ortega GaitánCintia Janet Santana BrionesMaría Isabel Jasso RamosRené Zimrrí Torres CortesXavier Porras Regalado  23 de

Mayo 2013

Índice

Introducción Objetivos de la presentación ¿Quién fue James Prescott Joule? ¿Quién fue Joseph John Thompson?Desarrollo ¿Qué es el efecto Joule? ¿Cuáles son las causas del fenómeno? ¿En qué consiste el efecto Joule? ¿Cómo se da la disminución de este? ¿Cómo ocurre el efecto inverso? Aplicaciones a la vida diaria Modificación del efecto Joule a Joule-Thompson ¿Cómo se lleva a cabo este fenómeno? ¿En qué consiste el efecto? Aplicaciones en la vida cotidiana. Realizar una aplicación de este. Conclusiones Bibliografías

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Entender cómo se lleva a cabo el efecto Joule-Thompson.  Observar las aplicaciones de éste en la

vida cotidiana.

Realizar una aplicación de este.

Objetivos de la presentación

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James Prescott Joule (1818-1889)

Joseph John Thompson (1856-

1940)

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Si en un conductor circula corriente eléctrica (parte de la energía cinética de los electrones) se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. 

Efecto Joule

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Causas del fenómenoCuando el cristal es

sometido a una diferencia de potencial, los electrones son impulsados por el campo eléctrico a través del sólido y deben atravesar la intrincada red de átomos que lo forma. Los electrones chocan con los átomos que pierden parte de su energía cinética, que es cedida en forma de calor. 

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En 1843 Joule intento determinar ( para un gas, a medida que aumenta la variación de la temperatura se produce una expansión libre del gas en el vacío.

Lo que mide el experimento es como se da la (∆T/∆V), mientras la energía interna se mantiene constante.

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Disminución del efecto Joule Utilizar oro, plata o cobre.

Elegir el grosor, cuanto más grueso el cable, menor será su resistencia, tendrá menor número de impactos de los electrones con otros, será menor su calentamiento.

El cable: grueso, caro, pesa mucho y es poco manejable; en la industria o en algún aparato de gran consumo se observa que son realmente gruesos, para minimizar el efecto.

Para transportar corrientes eléctricas a distancias grandes se utilizan intensidades de corriente lo más pequeñas posibles, y luego se eleva la intensidad de corriente cuando ésta se acerca a las casas que van a emplearla.

El calor puede producir corriente eléctrica: cuando los extremos de un alambre conductor que forma parte de un circuito se hallan a diferentes temperaturas, circula por él una pequeñísima corriente eléctrica.

Es fácil encontrarlo en termómetros de los automóviles, válvulas de seguridad de estufas y hornos.

 

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Efecto inverso

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Bombilla

Aplicaciones

La Plancha De Vapor

Hicieron pasar aire a lo largo de un tapón poroso a presión constante pero con valor mayor en el lado de la entrada del tapón. Observaron que algunos componentes del aire (oxígeno y nitrógeno) disminuían su temperatura, pero en el caso del hidrogeno aumentaba.

En el estudio con otros gases encontraron que para cada uno de ellos, para la presión dada existe una temperatura de inversión; encima de ella el gas aumenta la temperatura en una expansión, por debajo de ella, disminuye su temperatura..

Efecto Joule–Thompson (1862)

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“La temperatura de un gas desciende si se le somete a un descenso de presión, que puede conseguirse, haciendo pasar el gas a través de una abertura estrecha”.

Expressada matematicamente como dt= V/Cp (Tα-1) dp

α=1/v (dv/dT)P= 1/V (dV/dT)Pv=V/n

Describiendo el efecto Joule-Thompson

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Experimento del Tapón Poroso• Se deja fluir un gas desde una presión elevada

a otra presión inferior, a través de un tubo que contiene un “estrangulamiento”, debido a este la expansión es muy lenta de tal forma que las presiones a cada lado del obstáculo se mantienen prácticamente constantes.

Se impide el intercambio de calor entre el gas y el medio exterior mediante un aislamiento térmico, de modo tal que el proceso se realice en condiciones adiabáticas.

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Supongamos, que el gas fluye por un tubo horizontal (aislado adiabáticamente) que contiene un obstáculo.

A un lado del obstáculo se mantiene la presión mayor P1, constante mediante una bomba, y al otro lado una presión menor P2.

Esta presión P2 en muchos casos puede ser la presión del medio exterior, por ejemplo la presión atmosférica.

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ExtinguidoresEl gas se comprime con una

bomba (200 atm) y se hace pasar a un serpentín que es enfriado por un líquido refrigerante. Posteriormente pasa por otro serpentín para un mayor enfriamiento, finalmente por una válvula donde se expande a presión atmosférica; esta produce un marcado enfriamiento, haciendo que una fracción del gas se condense y caiga al fondo de un recipiente aislado y otra parte rodee al serpentín enfriándolo aún más.

Aplicaciones

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El líquido se comprime mediante la bomba (B), lo que provoca que el gas se caliente, éste disipa el calor y se condensa a una presión alta.

El líquido presurizado pasa a través de la válvula (C) y se expande a baja presión, por lo que se vaporiza y se enfría, lo que mantiene a baja temperatura el interior del refrigerador. La bomba succiona el gas frío que está a baja presión, repitiendo el ciclo.

Refrigerador

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La expansión adiabática de las corrientes de aire caliente que ascienden a las regiones de baja presión atmosférica. La expansión del aire lo enfría y provoca la condensación del vapor de agua.

Formación de Nubes y Nieve

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Estelas de los avionesSe deben a la

expansión adiabática de los gases que expelen por los escapes, enfriándose y provocando la condensación de la humedad del aire.

Bibliografías

http://servicios.encb.ipn.mx/polilibros/fisicoquimica/TERMODINAMICA/joule%20thompson.htm

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GRACIAS POR SU ATENCIÓN

¡ FELIZ FIN DE CURSO!

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