s12 gases reales - 1ra ley pptx
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todo lo idealTRANSCRIPT
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Ecuacin de estado
PV=nRT
Junto con los trabajos de Carnot y Clayperon, se formul de forma generaluna expresin que describe el comportamiento de un gas idealizado
Ley de Gay-Lussac
Ley de Charles
Ley de Boyle Mariotte V IP P
Alrededor de 1834, los resultados de:
P T
V T
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S14:Gases ideales
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Diagramas para gases ideales
Para representar el estado de un gas se utilizan dos diagramas: el diagramade Clapeyron (p, V) y el diagrama de Amagat (pV, V):
Familias deisotermas
diagrama de Clapeyron diagrama de Amagat
Familias deisotermas
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un sistema termodinmico es cualquier conjunto de objetos que conviene aislar y considerar como una unidad. Este puede intercambiar energa con el entorno.
Si hay cambios en el estado de un sistema termodinmico, entonces se lleva a cabo un proceso termodinmico.
SISTEMA TERMODINAMICO
Los parmetros que se estudian para evaluar un proceso termodinmico son el calor (Q), el trabajo (W) y el cambio de
energa interna (U)4
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Convencin de signos en termodinmica
Si el entorno realiza trabajo sobre el sistema, ste es negativo
un sistema termodinmico:
Si aadimos calor Q,ste es positivo.
Si el calor sale del sistema, ste es negativo.
Si el sistema realiza trabajo Wsobre el entorno, ste es positivo.
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TRABAJO, PRESIN Y CAMBIO DEL VOLUMEN
La molcula del gas golpea el pistn.
Este se aleja durante el choque, movindose a la derecha,
La molcula que golpe el pistn, realiza trabajo positivo sobre l.
Si el pistn se mueve a la izquierdareduciendo el volumen del gas
El pistn realiza trabajo positivo sobre la molcula durante el choque,
pero la molcula del gas realiza trabajo negativo sobre el pistn.
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El sistema mostrado puede variar su volumen debido al pistn mvil.
Si el rea transversal del pistn es A,
La presin ejercida sobre el pistn es p
= .
El trabajo efectuado en un cambio de volumen
Para evaluar la integral de la ecuacin, hay que saber cmo vara la presin en funcin del volumen.
Ejemplo 1:
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En un diagrama de Clapeyron (p vs V), el rea bajo la grfica representa el trabajo efectuado por el sistema termodinmico.
El sistema sufre unaexpansin (V i < Vf),W >0
El sistema sufre unacontraccin (Vi >Vf),W < 0
El sistema sufre unaexpansin (Vi < Vf),W >0
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TRABAJO EFECTUADO EN UN PROCESO TERMODINAMICO
Cuando un sistema termodinmico cambia de un estado inicial a uno final, pasa por una serie de estados intermedios, a los que llamamos trayectoria.
Siempre hay varias posibilidades para los estados intermedios.
Para encontrar el trabajo realizado por el sistema o sobre el sistema es necesario conocer la trayectoria.
Posibles trayectorias para ir del estado 1 al estado 2:
1 2, 1 3 2 y 1 4 - 2
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el trabajo realizado por el sistema depende no solamente de los estados inicial y final, sino
tambin de la trayectoria.
1 3: se incrementa el volumen de V1 a V2, a presin constante (p1).
3 2: se disminuye la presin de p1 a p2, manteniendo V2 constante.
1 4: se disminuye la presin de p1 a p2, a volumen constante (V1).
4 2: se incrementa el volumen de V1 a V2, a presin constante (p2).
1 2: se incrementa el volumen de V1 a V2 y disminuye la presin de p1 a p2.
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CALOR Y EL PROCESO TERMODINAMICO
Incremento del volumen de un gas ideal (de V1 aV2), manteniendo la temperatura T constante:expansin lenta, suministrando calor con unaplancha elctrica para mantener la temperatura T.
Despus de expandirse de forma lenta,controlada e isotrmicamente, el gas alcanza suvolumen final de V2, absorbiendo una cantidaddefinida de calor Q en el proceso.
En este caso, W > 0 y Q > 0
Recipiente asilado y divido en doscompartimientos por una membrana delgadarompible. La parte inferior tiene un volumen deV1, y la superior V (V2 V1).
En el compartimiento inferior contiene el gas a temperatura T K constante.
Se rompe la membrana y el gas comienza suexpansin hasta completar el volumen V2.En este caso, W = 0 y Q = 0
En este caso, el gas no realiza trabajo durante esta expansin porque no empuja el pistn. Esta expansin se denomina expansin libre.
Tambin, el calor Q es cero porque no se transmite calor al sistema.
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ENERGA INTERNA (U)
Podemos definir la energa interna de un sistema como la suma de las energas cinticas de todas sus partculas constituyentes, ms la suma de todas las energas potenciales de interaccin entre ellas.
Durante un cambio de estado del sistema, la energa interna podracambiar de un valor inicial U1 a uno final U2.
U = U2 U1
En un sistema termodinmico, el trabajo realizado del sistema o sobre elsistema, y el calor agregado al sistema o disipado del sistema significanuna variacin en la energa interna del sistema
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En 1850 Rudolf Clausius public el artculo Sobre la fuerza motriz del calor y las leyes del calor que pueden ser deducidas en el que enunciaba la relacin de conservacin de la energa en un sistema termodinmico, conocida como la Primera Ley de la Termodinmica.
U + W = Q
Se agrega ms calor (Q>0) que eltrabajo efectuado por el sistema(W>0), esto significa que hay unincremento de la energa interna(U > 0).
Cuando el sistema realiza un cambio infinitesimal, se puede escribir la Primera Ley como:
dU = dQ - dW dU = dQ p.dV
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Se extrae ms calor (Q < 0) que eltrabajo efectuado por el sistema (W 0) y se realiza la misma cantidadde trabajo efectuado por el sistema (W> 0), esto significa que no hay uncambio en la energa interna (U = 0).
Experimentalmente, se determin que el cambio de la energa interna es independiente de la trayectoria. El cambio de energa interna de un sistema durante un proceso termodinmico depende slo de los estados inicial y final, no de la trayectoria.
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PROCESOS CCLICOS Y AISLADOS
Un proceso que vuelve un sistema a su estado inicial es un proceso cclico.
El estado final es el mismo que el inicial, as que el cambio total de energa interna debe ser cero.
U1 = U2 y W = Q
en un sistema aislado, no se realiza trabajo sobre su entorno ni intercambia calor con l.
W = 0 y Q = 0 por lo tanto U = 0
la energa interna de un sistema aislado es constante.
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La figura es una grfica pV para un procesocclico, donde los estados inicial y final sonel mismo. Inicia en a y procede en sentidoantihorario en la grfica pV hasta b yvuelve a a, siendo el trabajo total 2 500 J.a) Qu signo tiene el trabajo?b) Calcule el cambio de energa interna y
el calor agregado en el proceso
Ejemplo 2:
Ejemplo 3:La grfica pV muestra una serie de procesostermodinmicos. En el proceso ab, se agregan150 J de calor al sistema; en el proceso bd, seagregan 600 J. Calculea) el cambio de energa interna en el proceso
ab;b) el cambio de energa interna en el procesoabd (azul claro)c) el calor total agregado en el procesoacd(azul oscuro).
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PROCESOS TERMODINAMICOS
Existen cuatro clases especficas de procesos termodinmicos que se dan con frecuencia :
a volumen constante o isocricos,
a presin constante o isobricos,
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a temperatura constante o isotrmicos
sin transferencia de calor o adiabticos,
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PROCESO ADIABATICO
Es aquel donde no entra ni sale calor del sistema: Q = 0.
Podemos evitar el flujo de calor yasea rodeando el sistema conmaterial trmicamente aislante orealizando el proceso con tal rapidezque no haya tiempo para un flujo decalor apreciable.
La primera ley, para todo proceso adiabtico, se escribir como:
U = -W
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PROCESO ISOCORICO
Un proceso isocrico se efecta a volumen constante. Si el volumen de un sistema termodinmico es constante, no efecta trabajo sobre su entorno (W=0), entonces:
La primera ley, para todo proceso isocrico, se escribir como:
U = Q20
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PROCESO ISOBARICO
Un proceso isobrico se efecta a presin constante.
El trabajo se calcula por : W = p(V2 V1)
V1 V2
p
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Un proceso isotrmico se efectaa temperatura constante. Paraello, todo intercambio de calorcon el entorno debe efectuarsecon tal lentitud para que semantenga el equilibrio trmico.
PROCESO ISOTRMICO T es constante
Para un gas ideal: si no hay cambio de fase, una temperatura constante indica que no hay cambio en la energa interna del sistema, entonces U = O
W = Q
Muchos experimentos han demostrado que, cuando un gas ideal sufre una expansin libre, su temperatura no cambia.
U = f(T)
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RESUMEN DE PROCESOS TERMODINAMICOS
4. Suponga que 1,0 g de agua se vaporiza isobricamente a presin atmosfrica. Su volumen en estado lquido es 1 cm3 y su volumen enestado vapor es 1 671 cm3 Encuentre el trabajo realizado en la expansiny el cambio en la energa interna del sistema.
5. Una barra de cobre de 1,0 kg es calentada a presin atmosfrica. Si sutemperatura aumente de 20 C a 50 C. (a) cul es el trabajo realizado sobre la barra de cobre por la atmsfera circundante? (b) Qu cantidadde energa por calor se transfiere a la barra de cobre?