Ecuaciones de estado y procesos de los gases ideales

SESION 3

ECUACIONES DE ESTADO Y PROCESOS DE LOS GASES IDEALES

Si el sistema no está sometido a acciones exteriores, el estado de una substancia pura estará determinado unívocamente si se dan dos parámetros intensivos. Cualquier otro parámetro será función uniforme de los dos parámetros dados. Así se tiene que:

El volumen específico de una substancia dada se determina unívocamente por los valores de la presión  y de la temperatura , es decir,[pic 1][pic 2]

[pic 3]

También,

[pic 4]

[pic 5]

Por lo tanto, tres parámetros cualesquiera (por ejemplo, ) del estado de una substancia pura están unívocamente relacionados entre sí. La ecuación que liga estos parámetros recibe el nombre de ecuación de estado de la substancia dada. Las tres relaciones anteriores pueden representarse en forma de ecuación de estado[pic 6]

[pic 7]

El carácter de la relación funcional que existe entre  (o los valores de las constantes que entran en esta relación) es individual para cada substancia y, por consiguiente, las propiedades termodinámicas vienen definidas por la ecuación de estado particular de cada substancia. [pic 8]

Ejemplo

  (Ecuación de un gas ideal)[pic 9]

  (Ecuación de estado de van der Waals)[pic 10]

La relación entre los parámetros de estado puede representarse en un sistema de coordenadas  en forma de superficie termodinámica. [pic 11]

Transformación o proceso termodinámica

Si varia, aunque solo sea uno de los parámetros de estado, cambia el estado del sistema, es decir, se produce una transformación termodinámica, que consiste en un conjunto de estados cambiantes del sistema que se considera.

[pic 12]

Superficie termodinámica correspondiente a una ecuación de estado

Sin embargo, la representación en coordenadas espaciales de los estados de un sistema (substancia) y de las transformaciones que ocurren en él, tiene una serie de inconvenientes. Por esto se suelen utilizar sistemas de coordenadas en el plano, en los cuales se toman dos cualesquiera (de los tres) parámetros de estado. En este caso el valor del tercer parámetro se halla, para cada par de parámetros dados, por la ecuación de estado o experimentalmente. Estos sistemas de coordenadas se llaman diagramas de estado de la substancia. Los diagramas de estado más utilizados son los de coordenadas ,  y .[pic 13][pic 14][pic 15]

[pic 16][pic 17]  [pic 18]

         Diagrama                         Diagrama                 Diagrama [pic 19][pic 20][pic 21]

EJEMPLO

Superficie termodinámica para un gas ideal [pic 22]

[pic 23]

[pic 24]

Diagrama Pv a temperatura constante

[pic 25]

[pic 26]

Diagrama VT a presión constante

[pic 27]

[pic 28]

        Diagrama PT a volumen constante

En general los diferentes procesos que se dan en los gases ideales según la ecuación  es:[pic 29]

[pic 30] [pic 31][pic 32]

Superficie termodinámica para la ecuación de van der waals

...