UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ARMADAS ESPE-L
DEPARTAMENTO DE ENERGIA Y MECANICA FISICA II TERMODINAMICA Integrantes: Berzosa Gilmar Lema Bolívar Socasi Saúl Jordano Rea David Villacís
Docente: Ing. Alex Cevallos
Feca: 2 de a!ril del 2"#$ INNOVACION INNOV ACION PARA PARA LA EXCELEN EXCELENCIA CIA
TERMODIN!MICA O"#ETIVOS O$%et&'o Genera(
Com%render e in&er%re&ar la in'ormaci(n de manera correc&a acerca de las de'iniciones &ermodin)micas %rinci%ales
O$%et&'os es)ec*+&cos
Dar a conocer las %rinci%ales le*es &ermodin)micas * s+ de'inici(n
MARCO TEORICO LEYES DE LOS GASES Según la &eoría cin,&ico-molec+lar los )&omos o mol,c+las +e com%onen c+al+ier gas %+eden ser considerados como %ar&íc+las. Así/ la 0C1 considera +e +n gas es&) cons&i&+ido %or +na gran can&idad de %ar&íc+las +e se m+even alea&oriamen&e * con &ra*ec&orias rec&ilíneas. s&e movimien&o rec&ilíneo solamen&e se ve al&erado c+ando se %rod+cen c3o+es el)s&icos en&re las %ro%ias %ar&íc+las o en&re ,s&as * las %aredes del reci%ien&e. La 0eoría Cin,&ica considera +e es&os c3o+es &ienen +na d+raci(n des%recia!le/ es decir/ son ins&an&)neos. Los c3o+es en&re las %ar&íc+las son el)s&icos * es&o +iere decir +e la energía cin,&ica media de las %ar&íc+las no se al&era como consec+encia de los c3o+es, Las %rimeras le*es de los gases '+eron desarrollados desde 'inales del siglo 4VII/ n es&e siglo/ los cien&í'icos em%ezaron a darse c+en&a de +e en las relaciones en&re la %resi(n/ el vol+men * la &em%era&+ra de +na m+es&ra de gas/ en +n sis&ema cerrado/ se %odría o!&ener +na '(rm+la +e sería v)lida %ara &odos los gases. s&os se com%or&an de 'orma similar en +na am%lia variedad de condiciones de!ido a la !+ena a%roximaci(n +e &ienen las mol,c+las +e se enc+en&ran m)s se%aradas/ * 3o* en día la ec+aci(n de es&ado %ara +n gas ideal se deriva de la &eoría cin,&ica.
Le .e "o(e: Bo*le desc+!ri( en #2 +e la %resi(n +e e5erce +n gas es inversamen&e %ro%orcional a s+ vol+men a &em%era&+ra * can&idad de gas cons&an&e6 7 8 9 : V ; 7 < V 8 9 =9 es +na cons&an&e>. 7or lo &an&o6 P1 · V1 = P2 · V2 Lo c+al &iene como consec+encia +e6 Si la %resi(n a+men&a el vol+men dismin+*e Si la %resi(n dismin+*e el vol+men a+men&a
Le .e Car(es: C3arles desc+!ri( en #$?$ +e el vol+men del gas es direc&amen&e %ro%orcional a s+ &em%era&+ra a %resi(n cons&an&e6 V 8 9 < 0 =9 es +na cons&an&e>. 7or lo &an&o6 V1 / T1 = V2 / T2 Lo c+al &iene como consec+encia +e6 Si la &em%era&+ra a+men&a el vol+men a+men&a Si la &em%era&+ra dismin+*e el vol+men dismin+*e
Le .e Ga - L/ssac: Ga*-L+ssac desc+!re en #?"2 +e la %resi(n del gas es direc&amen&e %ro%orcional a s+ &em%era&+ra a vol+men cons&an&e6 7 8 9 < 0 =9 es +na cons&an&e>. 7or lo &an&o6 P1 / T1 = P2 / T2 Lo c+al &iene como consec+encia +e6 Si la &em%era&+ra a+men&a la %resi(n a+men&a Si la &em%era&+ra dismin+*e la %resi(n dismin+*e
Le .e A'oga.ro: Avogadro desc+!re en #?## +e a %resi(n * &em%era&+ra cons&an&es/ la misma can&idad de gas &iene el mismo vol+men inde%endien&emen&e del elemen&o +ímico +e lo 'orme. l vol+men =V> es direc&amen&e %ro%orcional a la can&idad de %ar&íc+las de gas =n> inde%endien&e del elemen&o +ímico +e 'orme el gas 7or lo &an&o6 V1 / n1 = V2 / n2 Lo c+al &iene como consec+encia +e6 Si a+men&a la can&idad de gas/ a+men&a el vol+men Si dismin+*e la can&idad de gas/ dismin+*e el vol+men
Le Genera( .e (os Gases: La Le* General de los Gases consis&e en la +ni(n de las sig+ien&es le*es6 Le* de Bo*le6 7# < V# 8 72 < V2 Le* de Ga*-L+ssac6 7# : 0# 8 72 : 02 Le* de C3arles6 V# : 0# 8 V2 : 02 0odas ellas se condensan en la sig+ien&e '(rm+la6 P1·V1 / T1 = P2·V2 / T2
Le .e (os Gases I.ea(es: Los gases ideales %oseen las sig+ien&es %ro%iedades6 Las mol,c+las del gas se m+even a grandes velocidades de 'orma lineal %ero desordenada La velocidad de las mol,c+las del gas es %ro%orcional a s+ &em%era&+ra a!sol+&a Las mol,c+las del gas e5ercen %resi(n sos&enida so!re las %aredes del reci%ien&e +e lo con&iene Los c3o+es en&re las mol,c+las del gas son el)s&icas %or lo +e no %ierden energía cin,&ica La a&racci(n : re%+lsi(n en&re las mol,c+las del gas es des%recia!le 7ara es&os gases ideales se c+m%le la sig+ien&e le*6 P · V = n · R · T
Donde n son los moles del gas * R la cons&an&e +niversal de los gases ideales.
Le .e Da(ton: @orm+lada %or Dal&on en #?"#. La %resi(n &o&al de +na mezcla de gases es ig+al a la s+ma de las %resiones +e e5ercen cada +no de los gases +e la com%onen. A la %resi(n +e e5erce cada gas de la mezcla se denomina 7resi(n 7arcial. 7or lo &an&o es&a le* se %+ede ex%resar como6 70o&al 8 %#%2...%n Donde %#/ %2/.../ %n son las %resiones %arciales de cada +no de los gases de la mezcla. SIS01AS 0R1DI1ICS Si so!re +n sis&ema se realiza +n %roceso &ermodin)mico de modo &al +e no 3a*a in&ercam!io de calor =energía> con el medio circ+ndan&e/ se lo denomina %roceso adia!)&ico. s&e &i%o de %roceso &iene l+gar si el sis&ema es&+viera %er'ec&amen&e aislado &,rmicamen&e o !ien si se lo realiza s+'icien&emen&e r)%ido como %ara +e no 3a*a &iem%o s+'icien&e %ara +e se %rod+zca +n in&ercam!io de calor con el medio circ+ndan&e.
Proceso A.&a$0t&co: En %roceso es adia!)&ico c+ando no se %rod+ce in&ercam!io de calor en&re el sis&ema * el am!ien&e. s&a si&+aci(n se &endría c+ando 3+!iera +n aislamien&o &,rmico %er'ec&o del sis&ema/ o c+ando el %roceso oc+rriera &an r)%ido +e no 3+!iera %r)c&icamen&e &rans'erencia de calor.
Procesos Iso Son los %rocesos c+*as magni&+des %ermanecen Fcons&an&es/ es decir +e el sis&ema cam!ia man&eniendo cier&a %ro%orcionalidad en s+ &rans'ormaci(n. Se les asigna el %re'i5o iso-.
Iso&,rmico6 s&os son los %rocesos en los c+ales an&es d+ran&e * des%+,s la &em%era&+ra es cons&an&e.
Iso!)rico6 7rocesos en los c+ales an&es d+ran&e * des%+,s la %resi(n es cons&an&e
Isom,&rico o isoc(rico6 l vol+men es cons&an&e an&es d+ran&e * des%+,s.
LH CR D LA 0R1DI1ICA La le* cero/ conocida con el nom!re de la le* del e+ili!rio &,rmico '+e en+nciada en +n %rinci%io %or 1axel * llevada a le* %or @oler * dice6 1Dos s&ste2as en e3/&(&$r&o t4r2&co con /n tercero5 est0n en e3/&(&$r&o t4r2&co entre s*6,
E3/&(&$r&o t4r2&co: Decimos +e dos o m)s sis&emas se enc+en&ran en e+ili!rio &,rmico c+ando al es&ar en con&ac&o en&re sí %ero/ aislados del medio s+s %ro%iedades se es&a!ilizan en valores +e no cam!ian con el &iem%o.
Si se &ienen &res sis&emas A/ B/ * C se enc+en&ran en con&ac&o &,rmico A con B * B con C/ %ero A * C no es&)n en con&ac&o/ llegar) +n momen&o en el +e los &res sis&emas alcanzar)n el e+ili!rio &,rmico. s&o s+cede %or+e el A * B alcanzan el e+ili!rio/ %or o&ro lado B * C alcanzan &am!i,n el e+ili!rio/ %or lo +e se %+ede es&a!lecer +e A * C &am!i,n alcanzan el e+ili!rio &,rmico. l e+ili!rio &,rmico de!e en&enderse como el es&ado en el c+al los sis&emas e+ili!rados &ienen la misma &em%era&+ra. s&a le* es de gran im%or&ancia %or+e %ermi&i( de'inir a la &em%era&+ra como +na %ro%iedad &ermodin)mica * no en '+nci(n de las %ro%iedades de +na s+s&ancia. La a%licaci(n de la le* cero cons&i&+*e +n m,&odo %ara medir la &em%era&+ra de c+al+ier sis&ema escogiendo +na %ro%iedad del mismo +e varíe con la &em%era&+ra con s+'icien&e ra%idez * +e sea de ')cil medici(n/ llamada %ro%iedad &ermom,&rica. n el &erm(me&ro de vidrio es&a %ro%iedad es la al&+ra alcanzada %or el merc+rio en el ca%ilar de vidrio de!ido a la ex%ansi(n &,rmica +e s+'re el merc+rio %or e'ec&o de la &em%era&+ra. C+ando se alcanza el e+ili!rio &,rmico/ am!os sis&emas &ienen la misma &em%era&+ra.
TRA"A#O EN SISTEMAS TERMODIN!MICOS Intro./cc&7n a (os t&)os .e Tra$a%o La &ermodin)mica de'ine el &ra!a5o de la sig+ien&e manera6 0ra!a5o es +na in&eracci(n en&re dos sis&emas &al +e c+al+ier cam!io en cada sis&ema * s+ en&orno %odría 3a!erse %rod+cido/ exac&amen&e/ con el único e'ec&o ex&erno a ese sis&ema/ del cam!io en la al&+ra de +na masa en +n cam%o gravi&a&orio. s decir/ +n sis&ema realiza &ra!a5o so!re s+ en&orno si los e'ec&os de la in&eracci(n %+eden red+cirse xcl+sivamen&e al levan&amien&o o red+cci(n de al&+ra de +n %eso. l &ra!a5o es/ %or de'inici(n/ +na in&eracci(n %or &an&o/ re+iere al menos de dos sis&emas. n consec+encia/ no 3a* &ra!a5o si s(lo se considera +n sis&ema =sis&ema aislado>. o &odas las in&eracciones son en 'orma de &ra!a5o.
Frontera en s&ste2as ter2o.&n02&cos En sis&ema %osee +na frontera +e lo delimi&a. sa 'ron&era %+ede ser ma&erial =las %aredes de +n reci%ien&e/ %or e5em%lo> o imaginarias =+na secci(n &ransversal de +n &+!o de esca%e a!ier&o/ %or e5em%lo>. La zona del es%acio +e rodea al sis&ema * con la c+)l ,s&e in&erac&úa median&e in&ercam!ios energ,&icos o ma&eriales se denomina el ambiente o el entorno. l am!ien&e es la regi(n desde la c+al los o!servadores =+e normalmen&e no 'orman %ar&e del sis&ema> 3acen las medidas acerca de ,s&e e in'ieren s+s %ro%iedades. A di'erencia del sis&ema/ +e evol+ciona %or s+ in&eracci(n con el am!ien&e/ se s+ele considerar +e el am!ien&e no se ve modi'icado %or es&a in&eracci(n.
Al con5+n&o del sis&ema * el en&orno se le denomina el universo. La 'ron&era de +n sis&ema %+ede ser6
F&%a =las %aredes de +n reci%ien&e> o 27'&( =+n ,m!olo o %is&(n de +n mo&or de ex%losi(n>. Per2ea$(e a (a 2asa o im%ermea!le a ella. n el %rimer caso se dice +e &enemos +n sis&ema a$&erto =%.e5. +n mo&or en el +e en&ra com!+s&i!le %or +n lado * salen gases %or o&ro> * en el seg+ndo +no cerra.o =%.e5. en el circ+i&o de re'rigeraci(n de +na nevera/ el gas 're(n +e circ+la %or los &+!os n+nca sale al ex&erior>. Per2ea$(e a( ca(or o im%ermea!le a ,l. Si al %oner en con&ac&o el sis&ema con el am!ien&e se %rod+ce +na &rans'erencia de energía de!ido a la di'erencia de &em%era&+ras/ se dice +e la 'ron&era es .&ater2a. Si el calor no %+ede a&ravesar la 'ron&era se dice +e ,s&a es a.&a$0t&ca De +n sis&ema cerrado * rodeado %or %aredes adia!)&icas 'i5as =en el +e %or &an&o no %+ede en&rar ni salir ni masa ni energía>/ se dice +e es&) a&s(a.o.
n +n sis&ema cerrado se s+ele es&+diar lo +e se denomina +na masa e !ontro" / c+*a evol+ci(n se sig+e en el &iem%o/ a+n+e oc+%e +na regi(n varia!le del es%acio. l e5em%lo ar+e&í%ico es el de +n cilindro lleno de gas en el +e exis&e +n %is&(n m(vil. l %is&(n %+ede com%rimir o ex%andir el gas/ c+*o vol+men %or &an&o cam!ia. La masa de gas con&enida en el cilindro/ en cam!io/ %ermanece cons&an&e.
Tra$a%o rea(&8a.o )or /n gas
C+ando &enemos +n %roceso en +n sis&ema +e lo lleva del es&ado A al es&ado B/ el &ra!a5o ne&o realizado ser) la s+ma de los &ra!a5os di'erenciales
n el caso %ar&ic+lar de +n &ra!a5o de com%resi(n so!re +n 'l+ido
s&a ex%resi(n no %+ede re%resen&arse en +n diagrama %V/ ni es el )rea !a5o ning+na c+rva en dic3o diagrama. Recordemos +e en +n diagrama %V solo se re%resen&an es&ados de e+ili!rio * las coordenadas son los valores de las varia!les de es&ado =%resi(n * vol+men/ %or e5em%lo> del sis&ema. n la ex%resi(n del &ra!a5o a%arece la %resi(n ex&erna/ +e %+ede o no coincidir con la in&erna =si es +e ,s&a exis&e>. l conce%&o de &ra!a5o es a%lica!le &an&o a %rocesos c+asies&)&icos como a c+al+ier o&ro/ %or lo +e no 3a* +e s+%oner +e el sis&ema se enc+en&ra en e+ili!rio c+ando se realiza &ra!a5o so!re ,l. De 3ec3o/ lo m)s 3a!i&+al es +e no es&e en e+ili!rio. Consideremos el %roceso descri&o en el %ro!lema F0ra!a5o en +na com%resi(n iso&erma %or +n %eso. n es&e sis&ema/ so!re +n cilindro con %is&(n se a%lica !r+scamen&e +n %eso ex&ra/ de 'orma +e la %resi(n ex&erna a%licada a+men&a de # A 8 #a&m a # $ 8 #a&m m% : & . l res+l&ado es +e el %is&(n !a5a * el gas se com%rime. Se alcanza de n+evo el e+ili!rio c+ando la %resi(n in&erior ig+ala a la n+eva %resi(n ex&erior * la &em%era&+ra ig+ala a la del am!ien&e.
s&e %roceso es claramen&e no de e+ili!rio. En gol%e !r+sco %rovoca &+r!+lencias en el gas/ 3ace +e la %resi(n varíe de +n %+n&o a o&ro =lo +e se mani'ies&a como sonido> * es necesario es%erar +n &iem%o 3as&a +e se v+elva a alcanzar el e+ili!rio. 7odemos/ no o!s&an&e/ 3allar el &ra!a5o realizado so!re el gas/ al ser la %resi(n ex&erna cons&an&e
l res+l&ado 'inal se %+ede relacionar con las varia!les de es&ado del sis&ema/ sa!iendo +e la %resi(n in&erna 'inal ig+ala a la ex&erna.
CONCLUSIONES
Los c3o+es en&re %ar&íc+las +e se dan en los gases son des%recia!les * no generan +n cam!io en la &em%era&+ra de los gases n +n sis&ema +e es&) aislado del medio se alcanza +n e+ili!rio &,rmico es decir cada +no de los com%onen&es del sis&ema &ienen la misma &em%era&+ra
RECOMENDACIONES
s necesario realizar %r)c&icas de la!ora&orio %ara 'or&alecer n+es&ros conocimien&os * sa!er m)s so!re el cam%o de la &ermodin)mica.
"I"LIOGRAFIA 3&&%6::la%lace.+s.es:i9i:index.%3%:Sis&emasK&ermodinCMA#micosK=GI> 3&&%s6::.'isicala!.com:a%ar&ado:%rinci%io-cero-&ermo 3&&%6::'isica*+imicaen'las3.es:molKcalc+lo:gasesKideales.3&m
