Vomen y presión

Unidad 5

Vomen y presión

6.6 concepto

Hemos atravesado ya el ecuador de nuestro bloque introductorio a la Termodinámica; los primeros artículos estuvieron muy dedicados al concepto de temperatura, equilibrio y desequilibrio térmico y transferencias de energía térmica en forma de calor, además de los cambios de fase. Pero hoy abandonamos temporalmente la temperatura y el calor para hablar de otras dos magnitudes esenciales para describir muchos sistemas termodinámicos, algunos de ellos importantísimos. Ni qué decir tiene que, si llegas aquí de nuevas, lo mejor que puedes hacer es dejar de leer este artículo y empezar el bloque desde el principio.

Los dos conceptos que introduciremos hoy son, en cierta medida, complementarios, y de ahí que hablemos de ambos a la vez; también tienen que ver con la temperatura y otras magnitudes, por supuesto, y de las relaciones de unas con otras hablaremos en el siguiente artículo. Los dos conceptos de hoy tienen además que ver con la relación de un sistema termodinámico con sus límites, pero en una cosa no se parecen: uno de ellos es muy obvio, mientras que el otro es más difícil de visualizar y nos detendremos más en él. Hablaremos del volumen y la presión.

6.7 leyes de boyle charles GDI lussac

Ley de Boyle:

En una muestra de gas a temperatura constante, le presión y el volumen son inversamente proporcionales entre sí

Ley de Charles:

El volumen de una muestra de gas mantenida a presión constante es proporcional a su temperatura en la escala Kelvin

Densidad:

De una sustancia uniforme corresponde a su masa dividida entre el volumen que ocupa

Ley de Charles y Gay Lussac:

"La dilatación de una sustancia gaseosa contenida en el recipiente, puede observarse, de forma controlada, sumergiendo el matraz en un baño de agua cuya temperatura puede variarse a voluntad. La lectura del volumen del gas sobre la escala graduada y de la temperatura del agua sobre un termómetro empleado al efecto, permite encontrar una relación entre ambas magnitudes físicas en condiciones de presión constante e igual a la presión atmosférica

Gas ideal:

Los gases ideales se basan en las siguientes hipótesis:

En cualquier volumen pequeño hay una cantidad muy grande de moléculas

Las moléculas mismas ocupan un volumen despreciable

Las moléculas se encuentran en movimiento continuo y aleatorio

Se pueden despreciar las fuerzas entre las moléculas, excepto durante un choque

Todos los choques son elásticos

Ley de los gases ideales:

6.8 Ecuación general del estado gaseoso

La combinación de la Ley de Boyle y la Ley de Charles nos permite establecer una relación matemática entre el volumen, temperatura y presión de una muestra determinada de gas. Esta relación queda formulada así:

"La razón entre el producto Presión - Volumen y la Temperatura es una constante".

Esta masa gaseosa puede expresarse en términos de una condición inicial y una condición final:

Que representa la ecuación general del estado gaseoso y en ella están incluidos los tres parámetros que determinan el comportamiento de los gases, donde:

P se expresa en atm, mmHg o psig

T se expresa en kelvins

V se expresa en litros, sus múltiplos y submúltiplos, cm3.

6.9 Ecuación de los gases ideales

Como se sabe, el comportamiento de los gases se puede describir con solo tres leyes.

Ley de Boyle P V k1 ⋅ = ó V k

1P = 1 ⋅

Ley de Charles

VT = k2 ó V k = 1 ⋅T

Ley de Avogadro

Vn = k3 ó V k = 3 ⋅n

Como V es proporcional a 1

P, T y n, parece que V debería de ser proporcional a las tres, y de ahí se obtiene la expresión:

V k1P = ⋅ 4 T n

Y con experimentos se demuestra que esta ecuación es correcta. Tal ecuación se conoce como

Ecuación del Gas Ideal, Ecuación de Estado del Gas Ideal o Ley del Gas Ideal, y se acostumbra escribir:

P V⋅ = n⋅R⋅T

Donde, R es la constante de los gases ideales y su valor es 0.08205 [L•atm•mol-1•K-1] Por otro lado,

Ésta expresión implica que las cuatro variables involucradas no son independientes unas de otras.

Termodinámica

6.10 Sistemas

Un sistema termodinámico es una parte del Universo que se aísla para su estudio.

Este aislamiento se puede llevar a cabo de una manera real, en el campo experimental, por ejemplo una máquina térmica, o de una manera ideal como la máquina de Carnot, cuando se trata de abordar un estudio teórico.

Los sistemas termodinámicos se clasifican según el grado de aislamiento que presentan con su entorno.1 Aplicando este criterio pueden darse tres clases de sistemas:

Sistema aislado: Es aquel que no intercambia ni materia ni energía2 con su entorno, es decir se encuentra en equilibrio termodinámico. Un ejemplo de esta clase podría ser un gas encerrado en un recipiente de paredes rígidas lo suficientemente gruesas (paredes [adiabáticas]) como para considerar que los intercambios de energía calorífica3 sean despreciables y que tampoco puede intercambiar energía en forma de trabajo.

Sistema cerrado: Es el que puede intercambiar energía pero no materia con el exterior. Multitud de sistemas se pueden englobar en esta clase. El mismo planeta Tierra4 puede considerarse un sistema cerrado. Una lata de sardinas también podría estar incluida en esta clasificación.5

Sistema abierto: En esta clase se incluyen la mayoría de sistemas que pueden observarse en la vida cotidiana. Por ejemplo, un vehículo motorizado es un sistema abierto, ya que intercambia materia con el exterior cuando es cargado, o su conductor se introduce en su interior para conducirlo, o es provisto de combustible al repostarse, o se consideran los gases que emite por su tubo de escape pero, además, intercambia energía con el entorno. Solo hay que comprobar el calor que desprende el motor y sus inmediaciones o el trabajo que puede efectuar acarreando carga.

6.11 Termodinámicos

Para la descripción de las relaciones existentes entre los sistemas termodinámicos y su entorno, se define el contorno termodinámico como un conjunto de paredes termodinámicas cerradas entre sí de forma que, además de delimitar y confinar al sistema, nos informan sobre los equilibrios que pudiera tener el sistema con el resto del universo.

6.12 Ciclos termodinámicos

Se denomina ciclo termodinámico

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