Introduccion a la termodinamica quimica

apítulo 1 Introducción

Panorama de la termodinámica

La ciencia de la termodinámica nació en el siglo XIX, cuando surgió la necesidad de describir el funcionamiento de las máquinas de vapor y establecer los límites de lo que estas podían realizar. Así como su nombre lo indica, la termodinámica es la potencia desarrollada por el calor, con aplicaciones obvias de las máquinas térmicas , de las cuales la máquina de vapor es el primer ejemplo. De cualquier modo, los principios observados, válidos para las máquinas, se han generalizado sin dificultad y ahora se conocen como la primera y segunda leyes de la termodinámica. Estas leyes no tienen demostración en sentido matemático, su validez estriba en la ausencia de experiencias contradictorias. Así, la termodinámica comparte con la mecánica y el electromagnetismo la base sobre la que se sustentan las leyes básicas, que no se deducen de algo más .

Medidas de cantidad o tamaño

Tres medidas de cantidad o tamaño son de uso común:

• Masa, m

• Número de moles, n

• Volumen, V

Fuerza

La unidad del SI que corresponde a la fuerza es el newton, su símbolo es N, y se deduce de la segunda ley de Newton, que expresa a la fuerza F como el producto de la masa m y la aceleración a, es decir:

En el sistema inglés de unidades de ingeniería, la fuerza se trata como una dimensión independiente adicional a la ley de Newton debe incluir en este caso una constante de proporcionalidad dimensional para ser consistente con esta definición:

La libra fuerza equivale a 4.4492216N

Temperatura:

La temperatura se mide por lo regular con termómetros de líquidos en capilares de vidrio, donde el fluido se expande cuando se calienta. De este modo, un tubo uniforme que está parcialmente lleno de mercurio, alcohol o algún otro fluido, indica el grado de ‘calentamiento’ mediante la longitud de columna del fluido. De cualquier modo, se asignan valores numéricos a los diversos grados de calentamiento por medio de una definición arbitraria.

Las temperaturas Kelvin se indican con un símbolo T, tanto que las temperaturas Celsius se designan con el símbolo t, y se definen en relación con la escala Kelvin mediante:

La escala Rankine es una escala absoluta que se relaciona directamente con la escala Kelvin mediante:

La escala Fahrenheit se relaciona con la de Rankine por una ecuación, semejante entre las escalas Celsius y Kelvin:

La relación entre las escalas Celsius y Fahrenheit está dada por:

Presión

La presión P ejercida por un fluido sobre una superficie se define como la fuerza normal ejercida por el fluido por unidad de área de la superficie. Si la fuerza se mide en N y el área se mide en m², la unidad es el newton por metro cuadrado, llamado pascal y es representado por el símbolo Pa, y es la unidad básica de la presión para el SI. En el sistema inglés de ingeniería una unidad común es la libra fuerza por pulgada cuadrada (Psi, por sus siglas en inglés).

El estándar primario para mediciones de presión es la balanza de peso muerto, en el cual una fuerza conocida se equilibra con una presión de fluido que actúa sobre un área conocida, donde:

1atm=101325Pa=1.01325bar

Trabajo

Se realiza trabajo W siempre que una fuerza actúe a través de una distancia. Por definición, la cantidad de trabajo está dada por la ecuación:

donde F es la componente de la fuerza que actúa a lo lardo de la linea de desplazamiento dl. Por convención, el trabajo se considera como positivo cuando el desplazamiento está en la misma dirección que la fuerza aplicada, y negativo cuando se encuentran en direcciones opuestas.

Con frecuencia, en termodinámica el trabajo se acompaña de un cambio de volumen de un liquido:

A es constante

Integrando

Los signos ‘negativos’ en estas ecuaciones son necesarios por la convención de signos adoptada por el trabajo.

Energía

Energía cinética

Cuando un cuerpo de masa m, en el que actúa la fuerza F, se desplaza una distancia dl, durante un intervalo diferencial

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