FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA CURSO FÍSICA II 2012

CLASE I y IIProf. Juan José Corace

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTEUNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE

FISICA II

SISTEMAS MATERIALES Y SISTEMAS TERMODINÁMICOS. PROPIEDADES. ESTADO DE UN SISTEMA. PROCESOS.

FISICA IIFISICA II

TERMODINÁMICATERMODINÁMICA

≡

La palabra La palabra ENERGÍAENERGÍA, proviene , proviene del vocablo del vocablo ΕργονΕργον (érgon)(érgon) que que significa significa fuerza en acciónfuerza en acción, o , o capacidad para producir capacidad para producir trabajo, es el protagonista trabajo, es el protagonista principal de nuestra materia:principal de nuestra materia:

LA TERMODINÁMICALA TERMODINÁMICA

LA TERMODINÁMICA ES LA LA TERMODINÁMICA ES LA CIENCIA QUE ESTUDIA LA CIENCIA QUE ESTUDIA LA CONVERSIÓN DE UNAS FORMAS CONVERSIÓN DE UNAS FORMAS DE ENERGÍAS EN OTRAS.DE ENERGÍAS EN OTRAS.

ETIMOLÓGICAMENTE, ES EL ETIMOLÓGICAMENTE, ES EL ESTUDIO DE LA RELACIÓN ESTUDIO DE LA RELACIÓN ENTRE CALOR Y DEL TRABAJO…ENTRE CALOR Y DEL TRABAJO…

CONDICIÓNCONDICIÓN TIPOTIPO CONDICIÓNCONDICIÓN

ENERGÍA SIN ENERGÍA SIN TRANSICIÓNTRANSICIÓN

POTENCIALPOTENCIALCINÉTICACINÉTICA

INTERNA (TÉRMICA)INTERNA (TÉRMICA)ELECTROMAGNÉTICAELECTROMAGNÉTICAFORMACIÓN QUÍMICAFORMACIÓN QUÍMICA

PROPIEDADES PROPIEDADES DEL SISTEMADEL SISTEMA

ENERGÍA EN ENERGÍA EN TRANSICIÓNTRANSICIÓN

TRABAJOTRABAJOCALORCALOR

TRANSFERENCIA DE TRANSFERENCIA DE CALORCALOR

NO ES UNA NO ES UNA PROPIEDAD PROPIEDAD

DEL SISTEMADEL SISTEMA

ES FUNCIÓN DE ES FUNCIÓN DE UN PROCESOUN PROCESO

SE PRESENTA SE PRESENTA DURANTE UN DURANTE UN

PROCESOPROCESO

FORMAS DE ENERGÍAFORMAS DE ENERGÍA

SISTEMAS SISTEMAS MATERIALESMATERIALES ENERGÍAENERGÍA

CAMBIOSCAMBIOSACCIONESACCIONES

POSEENPOSEEN

HACE HACE POSIBLEPOSIBLE

PRODUCENPRODUCEN

ENTREENTRE

SE EJERCEN MUTUAMENTESE EJERCEN MUTUAMENTE

A TRAVÉS DEA TRAVÉS DEMODIFICAN MODIFICAN

LALA

DE LOS DE LOS

LA TERMODINÁMICA SE DESARROLLA A LA TERMODINÁMICA SE DESARROLLA A PARTIR DE PRINCIPIOS O LEYES:PARTIR DE PRINCIPIOS O LEYES:

• • Principio CeroPrincipio Cero: permite definir la : permite definir la TEMPERATURA como una propiedad.TEMPERATURA como una propiedad.

• • Primer PrincipioPrimer Principio: define el concepto de : define el concepto de ENERGÍA como magnitud conservativa.ENERGÍA como magnitud conservativa.

• • Segundo PrincipioSegundo Principio: define la ENTROPÍA como : define la ENTROPÍA como magnitud no conservativa, una medida de magnitud no conservativa, una medida de

calificar los procesos.calificar los procesos.

• • Tercer PrincipioTercer Principio: postula algunas propiedades : postula algunas propiedades en el CERO ABSOLUTO de temperatura.en el CERO ABSOLUTO de temperatura.

En términos simples:

• • Primer Principio:Primer Principio: señala la CANTIDAD de energía.señala la CANTIDAD de energía.

• • Segundo Principio: Segundo Principio:

define la CALIDAD de la energía.define la CALIDAD de la energía.

• • Tercer Principio: Tercer Principio: define la muerte térmica del Universo o define la muerte térmica del Universo o

el FINAL de la energía.el FINAL de la energía.

TERMODINÁMICA la parte de la física que estudia procesos en los cuales los sistemas intercambian energía o materia cuando están en “EQUILIBRIO”.

APLICACIONES DE ESTA MATERIA…APLICACIONES DE ESTA MATERIA…

PRODUCCIÓN DE VAPOR Y COGENERACIÓN DE PRODUCCIÓN DE VAPOR Y COGENERACIÓN DE ENERGÍAENERGÍA GENERACIÓN DE ENERGIA FOTOVOLTAICAGENERACIÓN DE ENERGIA FOTOVOLTAICA

SISTEMA MECANICO DE REFRIGERACIÓN BOMBA DE SISTEMA MECANICO DE REFRIGERACIÓN BOMBA DE CALORCALOR

CELDAS DE COMBUSTIBLES CELDAS DE COMBUSTIBLES

CALENTAMIENTO SOLAR CONSTRUCCIONES CALENTAMIENTO SOLAR CONSTRUCCIONES BIOCLIMÁTICASBIOCLIMÁTICAS

DESALILIZACIÓN DE AGUA DESALILIZACIÓN DE AGUA

LICUEFACCIÓN DE GASESLICUEFACCIÓN DE GASES

CONCEPTOS BÁSICOSCONCEPTOS BÁSICOS• SISTEMASISTEMA

• ENTORNO O MEDIO AMBIENTEENTORNO O MEDIO AMBIENTE

• SISTEMA ABIERTOSISTEMA ABIERTO

• SISTEMA CERRADOSISTEMA CERRADO

• SISTEMA AISLADOSISTEMA AISLADO

• PROCESOS , CICLOS Y EL EQUILIBRIOPROCESOS , CICLOS Y EL EQUILIBRIO

• LA ENERGÍA Y LOS CAMBIOSLA ENERGÍA Y LOS CAMBIOS

SISTEMAS

SISTEMAS

SISTEMA

LIMITE O FRONTERA

SISTEMA - MEDIO AMBIENTE SISTEMA - MEDIO AMBIENTE

WW

QQ

mm

ENTORNO O MEDIO AMBIENTEes lo que rodea al sistema

SISTEMA ABIERTO

SISTEMA CERRADO

SISTEMA AISLADO

VASO DE DEWAR

C AR AC T E R IS T IC AS DE L C AR AC T E R IS T IC AS DE L S IS T E MA AIS L ADOS IS T E MA AIS L ADO

TIENEN ENERGÍA Y MASA CONSTANTE

FRONTERA RÍGIDA, no permiten el intercambio de energía mecánica;

FRONTERA PERFECTAMENTE AISLADA, no permiten el flujo de calor;

FRONTERA IMPERMEABLE; no permiten el intercambio de materia.

Estos sistemas no ocurren en la naturaleza, sin embargo son importantes porque facilitan el estudio de casos generales

SISTEMA SISTEMA CLASIFICACIÓN CLASIFICACIÓN COMENTARIOS COMENTARIOS

UNA BACTERIA UNA BACTERIA ABIERTO ABIERTO

HAY INTERCAMBIO DE HAY INTERCAMBIO DE MATERIA CON LOS MATERIA CON LOS ALREDEDORES….ALREDEDORES….

…….COMO CALOR Y .COMO CALOR Y TRABAJO TRABAJO

UN HUEVO DE GALLINA UN HUEVO DE GALLINA ABIERTO ABIERTO

LA CÁSCARA DEL LA CÁSCARA DEL HUEVO PERMITE EL HUEVO PERMITE EL PASAJE DE GASES. PASAJE DE GASES.

ESTE SISTEMA ESTE SISTEMA TAMPOCO ES TAMPOCO ES

ADIABÁTICO, PUES ADIABÁTICO, PUES PERMITE EL PASAJE PERMITE EL PASAJE

DE CALOR DE LA DE CALOR DE LA MADRE…MADRE…

UNA CÁPSULA ESPACIAL UNA CÁPSULA ESPACIAL CERRADO CERRADO

NO SE PERMITE EL NO SE PERMITE EL INTERCAMBIO DE INTERCAMBIO DE MATERIA CON EL MATERIA CON EL

EXTERIOR, PERO SÍ EXTERIOR, PERO SÍ RECIBE ENERGÍA RECIBE ENERGÍA

DESDE FUERA (COMO DESDE FUERA (COMO RADIACIÓN) RADIACIÓN)

EL UNIVERSO EL UNIVERSO AISLADO AISLADO POR DEFINICIÓN…POR DEFINICIÓN…

LA TERMODINÁMICA DEFINE LOS SISTEMAS LA TERMODINÁMICA DEFINE LOS SISTEMAS MEDIANTE SUS PROPIEDADES MEDIANTE SUS PROPIEDADES

OBSERVABLES OBSERVABLES

PROPIEDADES, PARÁMETROS, VARIABLES, PROPIEDADES, PARÁMETROS, VARIABLES, ETC. MEDIBLES TRAS UN PROCESO O ETC. MEDIBLES TRAS UN PROCESO O

EVENTO…ES DECIR UN CAMBIO…EVENTO…ES DECIR UN CAMBIO…

SON PROPIEDADES : PRESIÓN, LA SON PROPIEDADES : PRESIÓN, LA TEMPERATURA, EL ÍNDICE DE REFRACCIÓN, TEMPERATURA, EL ÍNDICE DE REFRACCIÓN, VISCOSIDAD, DENSIDAD, MASA, VOLUMEN, VISCOSIDAD, DENSIDAD, MASA, VOLUMEN,

ETCETC

PROPIEDADES BASICAS Y DERIVADAS PROPIEDADES BASICAS Y DERIVADAS

SISTEMASISTEMA MM LL TT FUERZAFUERZA TEMPTEMP VV

SI SI KgKg mm ss NN KK m3m3

USCUSC slugslug ftft ss lblb ºRºR ft3ft3

US. US. lblbmm ftft ss lblb ºRºR ft3ft3

CGSCGS gg cmcm ss DinaDina KK cm3cm3

TECNICOTECNICO kgkg mm ss kgkgff KK m3m3

PP

PaPa

Lb/siLb/si

Lb/siLb/si

D/cm2D/cm2

Kgf/m2Kgf/m2

PROC ES OSPROC ES OS

PROC ES OSPROC ES OS

PROC ES OSPROC ES OS

PROC ES O

ES LA ACCIÓN QUE MODIFICA A UN SISTEMA ES LA ACCIÓN QUE MODIFICA A UN SISTEMA CAMBIANDO DE UN ESTADO A OTRO….CAMBIANDO DE UN ESTADO A OTRO….

LA TRAYECTORIA O CAMINO SEGUIDA EN EL CAMBIO LA TRAYECTORIA O CAMINO SEGUIDA EN EL CAMBIO ENTRE DIFERENTES ESTADOS DARA LUGAR A ENTRE DIFERENTES ESTADOS DARA LUGAR A DIFERENTES PROCESOS:DIFERENTES PROCESOS:

•PROCESO QUÍMICOPROCESO QUÍMICO•PROCESO FÍSICOPROCESO FÍSICO•PROCESO TÉRMICOPROCESO TÉRMICO

P ROCE S O TE RMODINÁMICO IRRE VE RS IBLEP ROCE S O TE RMODINÁMICO IRRE VE RS IBLE

P ROCE S O TE RMODINÁMICO RE VE RS IBLEP ROCE S O TE RMODINÁMICO RE VE RS IBLE

P R OC E S O T E R MODIN ÁMIC O IR R E V E R S IB L EP R OC E S O T E R MODIN ÁMIC O IR R E V E R S IB L E

CAMBIO DE UN ESTADO CAMBIO DE UN ESTADO METAESTABLEMETAESTABLE A UN A UN ESTADO MÁS ESTADO MÁS ESTABLEESTABLE DE MENOR ENERGÍA. DE MENOR ENERGÍA.

P R OC E S O T E R MODIN ÁMIC O R E V E R S IB L EP R OC E S O T E R MODIN ÁMIC O R E V E R S IB L E

CAMBIO DE UN ESTADO INICIAL CAMBIO DE UN ESTADO INICIAL ESTABLEESTABLE A UN A UN ESTADO FINAL TAMBIÉN ESTADO FINAL TAMBIÉN ESTABLEESTABLE, PASANDO , PASANDO POR UNA SECUENCIA CONTINUA DE ESTADOS POR UNA SECUENCIA CONTINUA DE ESTADOS DE EQUILIBRIO. DE EQUILIBRIO.

EN LA NATURALEZA NO EXISTEN PROCESOS EN LA NATURALEZA NO EXISTEN PROCESOS PERFECTAMENTE REVERSIBLES, SE EMPLEAN PERFECTAMENTE REVERSIBLES, SE EMPLEAN SÓLO COMO MODELOS TERMODINÁMICOS.SÓLO COMO MODELOS TERMODINÁMICOS.

C IC LOSC IC LOS

EQUILIBRIOEQUILIBRIO - - TRAYECTOTRAYECTO

ESTABLEESTABLE - - METAESTABLEMETAESTABLE

E QUIL IB R IOE QUIL IB R IO UN SISTEMA ESTÁ EN EQUILIBRIO SI NO OBSERVAMOS UN SISTEMA ESTÁ EN EQUILIBRIO SI NO OBSERVAMOS

NINGÚN CAMBIO EN SUS PROPIEDADES…NINGÚN CAMBIO EN SUS PROPIEDADES…

TIENE DOS PARTICULARIDADES:TIENE DOS PARTICULARIDADES:

1.1. NINGUNA DE SUS PROPIEDADES CAMBIAN CON EL NINGUNA DE SUS PROPIEDADES CAMBIAN CON EL TIEMPO…TIEMPO…

2. RETORNARÁ AL ESTADO PRIMITIVO DESPUÉS DE 2. RETORNARÁ AL ESTADO PRIMITIVO DESPUÉS DE HABER SIDO PERTURBADO, CUANDO SUS HABER SIDO PERTURBADO, CUANDO SUS PARÁMETROS REGRESEN NUEVAMENTE A SUS PARÁMETROS REGRESEN NUEVAMENTE A SUS VALORES ORIGINALES…VALORES ORIGINALES…

CUALQUIER CUALQUIER SISTEMASISTEMA QUE TENGA GRADIENTES DE: QUE TENGA GRADIENTES DE: TEMPERATURA, PRESIÓN O COMPOSICIÓN, TENDERÁ TEMPERATURA, PRESIÓN O COMPOSICIÓN, TENDERÁ A CAMBIAR HASTA ELIMINAR ESOS GRADIENTES.A CAMBIAR HASTA ELIMINAR ESOS GRADIENTES.

EQUILIBRIO TERMODINÁMICO EQUILIBRIO TERMODINÁMICO

EQUILIBRIO MECÁNICO EQUILIBRIO MECÁNICO

EQUILIBRIO MATERIAL O QUIMICO EQUILIBRIO MATERIAL O QUIMICO

EQUILIBRIO TÉRMICO EQUILIBRIO TÉRMICO

EQUILIBRIO ESTABLEEQUILIBRIO ESTABLE: : NIVEL DE ENERGÍA MÁS BAJO. EQUILIBRIO

EQUILIBRIO METAESTABLEEQUILIBRIO METAESTABLE: : REÚNE LOS ATRIBUTOS DE EQUILIBRIO, PERO NO TIENE EL NIVEL ENERGÉTICO MÁS BAJO. SÓLO SI SE SUPERA LA BARRERA DE ENERGÍA (ENERGÍA DE ACTIVACIÓN) SE ACCEDERÁ AL ESTADO ESTABLE.

SISTEMA INESTABLESISTEMA INESTABLE: : EXISTEN DOS CASOS

TIPO 1TIPO 1 REÚNE PRIMER ATRIBUTO DE EQUILIBRIO, PERO NO EL

SEGUNDO.(∆ΙΑ29)TIPO 2TIPO 2 NO REÚNE NINGUNO DE LOS ATRIBUTOS

LOS SISTEMAS NATURALES TIENDEN LOS SISTEMAS NATURALES TIENDEN A ESTADOS DE MÍNIMA ENERGÍA A ESTADOS DE MÍNIMA ENERGÍA

LOS COMBUSTIBLES SE AGOTAN…LOS COMBUSTIBLES SE AGOTAN…LOS GLOBOS SE DESINFLAN…LOS GLOBOS SE DESINFLAN…

LOS CUERPOS CALIENTES SE ENFRIANLOS CUERPOS CALIENTES SE ENFRIANLOS NEUMATICOS SE GASTAN…LOS NEUMATICOS SE GASTAN…

LAS HOJAS SE MARCHITAN…LAS HOJAS SE MARCHITAN…LA COMIDA SE DESCOMPONE…LA COMIDA SE DESCOMPONE…LAS PERSONAS ENVEJECEN…LAS PERSONAS ENVEJECEN…

La forma estable de una sustancia es La forma estable de una sustancia es diferente a diferentes condiciones. diferente a diferentes condiciones.

CasosCasos1)A + 5ºC la forma estable de H1)A + 5ºC la forma estable de H22O es O es líquida y a – 5ºC es sólida.líquida y a – 5ºC es sólida.2)A alta P y T, la forma estable de C es 2)A alta P y T, la forma estable de C es diamante, a baja P y T es grafito.diamante, a baja P y T es grafito.

RE LACION E NTRE E L E QUILIBRIO Y LAS RE LACION E NTRE E L E QUILIBRIO Y LAS VARIABLE S o P ROP IE DADE S DE E S TADOVARIABLE S o P ROP IE DADE S DE E S TADO

LOS SISTEMAS EN EQUILIBRIO TIENEN PROPIEDADES LOS SISTEMAS EN EQUILIBRIO TIENEN PROPIEDADES MEDIBLES. UNA PROPIEDAD ES CUALQUIER CANTIDAD MEDIBLES. UNA PROPIEDAD ES CUALQUIER CANTIDAD QUE TIENE UN VALOR FIJO E INVARIABLE:QUE TIENE UN VALOR FIJO E INVARIABLE:TEMPERATURA, DENSIDAD, ÍNDICE DE REFRACCIÓN...TEMPERATURA, DENSIDAD, ÍNDICE DE REFRACCIÓN...

ESTAS VARIABLES CARACTERIZAN A LOS ESTADOS ESTAS VARIABLES CARACTERIZAN A LOS ESTADOS DEPENDEN SÓLO DEL ESTADO DEPENDEN SÓLO DEL ESTADO ACTUAL ACTUAL DEL SISTEMA Y DEL SISTEMA Y NO DE LA FORMA EN QUE SE ALCANZÓ ESE ESTADO. NO DE LA FORMA EN QUE SE ALCANZÓ ESE ESTADO.

•PROPIEDADES EXTENSIVASPROPIEDADES EXTENSIVAS•PROPIEDADES INTENSIVASPROPIEDADES INTENSIVAS•PROPIEDADES ESPECÍFICASPROPIEDADES ESPECÍFICAS

•CUANDO SE HAN ESPECIFICADO LAS VARIABLES CUANDO SE HAN ESPECIFICADO LAS VARIABLES NECESARIAS PARA DESCRIBIR AL SISTEMA SE NECESARIAS PARA DESCRIBIR AL SISTEMA SE DICE QUE SE HA ESPECIFICADO EL DICE QUE SE HA ESPECIFICADO EL ESTADO DEL ESTADO DEL SISTEMA.SISTEMA.

• UN SISTEMA SE ENCUENTRA EN ESTADO UN SISTEMA SE ENCUENTRA EN ESTADO DEFINIDO CUANDO TODAS SUS PROPIEDADES DEFINIDO CUANDO TODAS SUS PROPIEDADES POSEEN VALORES ESPECÍFICOS. POSEEN VALORES ESPECÍFICOS.

•SI A SU VEZ ESTOS VALORES NO CAMBIAN CON SI A SU VEZ ESTOS VALORES NO CAMBIAN CON EL TIEMPO, EL SISTEMA SE DICE QUE ESTÁ EN EL TIEMPO, EL SISTEMA SE DICE QUE ESTÁ EN EQUILIBRIO TERMODINÁMICOEQUILIBRIO TERMODINÁMICO, PARA EL CUAL NO , PARA EL CUAL NO EXISTE UN FLUJO DE MASA O ENERGÍA. EXISTE UN FLUJO DE MASA O ENERGÍA.

LA TERMODINÁMICA DEFINE LOS SISTEMAS LA TERMODINÁMICA DEFINE LOS SISTEMAS MEDIANTE SUS PROPIEDADES MEDIANTE SUS PROPIEDADES

OBSERVABLES OBSERVABLES

PROPIEDADES QUE PUEDEN SER PROPIEDADES QUE PUEDEN SER INTENSIVAS, EXTENSIVAS O ESPECIFICASINTENSIVAS, EXTENSIVAS O ESPECIFICAS

PROPIEDADES SON: PRESIÓN, LA PROPIEDADES SON: PRESIÓN, LA TEMPERATURA, EL ÍNDICE DE REFRACCIÓN, TEMPERATURA, EL ÍNDICE DE REFRACCIÓN, VISCOSIDAD, DENSIDAD, MASA, VOLUMEN, VISCOSIDAD, DENSIDAD, MASA, VOLUMEN,

ETCETC

PROPIEDADES EXTENSIVASPROPIEDADES EXTENSIVAS

Son Son proporcionalesproporcionales a la cantidad de materia a la cantidad de materia considerada y por lo tanto dependen del tamaño considerada y por lo tanto dependen del tamaño del sistema. Son propiedades aditivas; el valor del del sistema. Son propiedades aditivas; el valor del todo es igual a la suma de las partes. Ejemplos: todo es igual a la suma de las partes. Ejemplos: Volumen, Masa, Energía, Entalpía, Entropía, etc.Volumen, Masa, Energía, Entalpía, Entropía, etc.

PROPIEDADES INTENSIVASPROPIEDADES INTENSIVAS

Son Son independientesindependientes de la cantidad de materia (del de la cantidad de materia (del tamaño del sistema). No son aditivas. Ejemplos: tamaño del sistema). No son aditivas. Ejemplos: Concentración, Temperatura, Presión,etc.Concentración, Temperatura, Presión,etc.

PROPIEDADES ESPECIFICASPROPIEDADES ESPECIFICAS

Son las propiedades extensivas relacionadas con la Son las propiedades extensivas relacionadas con la cantidad de materia.cantidad de materia.

Ejemplos volumen específico, masa específica, Ejemplos volumen específico, masa específica, energía específica, entalpía específica, entropía energía específica, entalpía específica, entropía específica, etc.específica, etc.

Pasan a ser independientes de la cantidad de Pasan a ser independientes de la cantidad de materia o del tamaño del sistema). materia o del tamaño del sistema).

PROPIEDADES TERMODINÁMICASTIPOTIPO EXTENSIVAEXTENSIVA INTENSIVAINTENSIVA

RELACIONADAS RELACIONADAS CON LA MASACON LA MASA

MASAMASA •DENSIDADDENSIDAD•CONCENTRACIÓN DE UN CONCENTRACIÓN DE UN SOLUTOSOLUTO

P-V-TP-V-T

VOLUMENVOLUMEN •VOLUMEN ESPECÍFICO VOLUMEN ESPECÍFICO (VOL/M)(VOL/M)•VOLUMEN MOLAR VOLUMEN MOLAR (VOL/MOL)(VOL/MOL)•PRESIÓNPRESIÓN•TEMPERATURATEMPERATURA

ENERGÍAENERGÍA TÉRMICATÉRMICA

•CAPACIDAD CAPACIDAD CALORÍFICACALORÍFICA•ENERGÍAENERGÍA•ENTROPÍAENTROPÍA•ENTALPÍAENTALPÍA•ENERGÍA LIBREENERGÍA LIBRE

•CALOR ESPECÍFICO CALOR ESPECÍFICO •ENERGÍA ESPECIFICAENERGÍA ESPECIFICA•ENTROPÍA ESPECIFICAENTROPÍA ESPECIFICA•ENTALPÍA ESPECIFICAENTALPÍA ESPECIFICA•POTENCIAL QUÍMICOPOTENCIAL QUÍMICO

OTRAS OTRAS PROPIEDADESPROPIEDADES

•CONSTANTE DIELÉCTRICACONSTANTE DIELÉCTRICA•ÍNDICE DE REFRACCIÓNÍNDICE DE REFRACCIÓN•VISCOSIDADVISCOSIDAD

SÓLIDOS - FLUIDOSSÓLIDOS - FLUIDOS

PROPIEDADES CARACTERISTICASPROPIEDADES CARACTERISTICASMASAMASA DENSIDAD VOLUMENDENSIDAD VOLUMEN

CONCENTRACIÓNCONCENTRACIÓN

DENSIDADDENSIDAD

DIMENSIONES Y UNIDADESDIMENSIONES Y UNIDADESMAGNITUDES EXTENSIVASMAGNITUDES EXTENSIVAS

V (volumen)V (volumen), , E (energía)E (energía), , U (energía interna), A U (energía interna), A (área),(área),M (masa molar)..... M (masa molar).....

Usaremos letras mayúsculas imprenta…Usaremos letras mayúsculas imprenta…Excepciones masa y número de moles, m y n Excepciones masa y número de moles, m y n

MAGNITUDES INTENSIVAS y ESPECÍFICASMAGNITUDES INTENSIVAS y ESPECÍFICASv v (volumen específico ≡ (volumen específico ≡ V V //mm), ρ (densidad ≡ ), ρ (densidad ≡ m m //VV))u u (energía interna específica ≡ (energía interna específica ≡ UU//mm)…)…

Usaremos letras minúsculas imprenta…Usaremos letras minúsculas imprenta…Excepción las magnitudes intensivas puras, Excepción las magnitudes intensivas puras, P P y y TT (presión y temperatura ) (presión y temperatura )

VOLUMEN, VOLUMEN ESPECÍFICO Y DENSIDADVOLUMEN, VOLUMEN ESPECÍFICO Y DENSIDAD

Volumen (V) es el espacio que ocupa una sustancia; se mide en metros cúbicos (m3).

Volumen específico (v) es el espacio que ocupa la unidad de masa de una sustancia; se mide en metros

cúbicos por kilogramo (m3/kg).

Densidad (ρ) es la masa de la unidad de volumen de una sustancia; se mide en kilogramos por metro cúbico

(kg/m3).

Relaciones:

v = V/ m ; ρ = m/V y v = 1/ρv = V/ m ; ρ = m/V y v = 1/ρ

CONCEPTOS BÁSICOS VISTOS CONCEPTOS BÁSICOS VISTOS HASTA AHORA….HASTA AHORA….• SISTEMASISTEMA

• ENTORNO O MEDIO AMBIENTEENTORNO O MEDIO AMBIENTE

• SISTEMA ABIERTOSISTEMA ABIERTO

• SISTEMA CERRADOSISTEMA CERRADO

• SISTEMA AISLADOSISTEMA AISLADO

• PROCESOS , CICLOS Y EL EQUILIBRIOPROCESOS , CICLOS Y EL EQUILIBRIO

• LA ENERGÍA Y LOS CAMBIOSLA ENERGÍA Y LOS CAMBIOS

CONCEPTO DE ESTADO DE AGREGACION CONCEPTO DE ESTADO DE AGREGACION DE LA MATERIADE LA MATERIA

)T,P(φφ =

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOSPROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

DENSIDAD – [DENSIDAD – [ρρ] M/V = [kg.m] M/V = [kg.m-3-3]]

VISCOSIDAD - VISCOSIDAD - [ µ ] = [Pa·s][ µ ] = [Pa·s]

PRESIÓN – [P] =[Pa]PRESIÓN – [P] =[Pa]

ADHERENCIA – fADHERENCIA – fINTERMOLINTERMOL- [N]- [N]

COHESIÓN –fCOHESIÓN –fATRACCÍONATRACCÍON – [N] – [N]

TENSION SUPERFICIAL – [TENSION SUPERFICIAL – [γγ] =[N.m] =[N.m-1-1]]

CAPILARIDAD – [CAPILARIDAD – [δδ] – [m]] – [m]

CARACTERÍSTICAS MOLECULARESCARACTERÍSTICAS MOLECULARESGASESGASES: ALTO GRADO DE REPULSIÓN, : ALTO GRADO DE REPULSIÓN,

SENSIBLEMENTE COMPRESIBLES, SENSIBLEMENTE COMPRESIBLES, GRAN AGITACIÓN INTERMOLECULAR, GRAN AGITACIÓN INTERMOLECULAR, ALTO NIVEL DE ENERGIZACIÓN, ALTO NIVEL DE ENERGIZACIÓN,

NO TIENEN FORMA PROPIANO TIENEN FORMA PROPIA

LIQUIDOSLIQUIDOS: POCA COHESIÓN, GRAN : POCA COHESIÓN, GRAN ADHERENCIA, PRACTICAMENTE ADHERENCIA, PRACTICAMENTE INCOMPRESIBLES, AGITACIÓN INCOMPRESIBLES, AGITACIÓN

MOLECULAR INTERMEDIA , NIVEL DE MOLECULAR INTERMEDIA , NIVEL DE ENERGIZACIÓN INTERMEDIO, NO ENERGIZACIÓN INTERMEDIO, NO

TIENEN FORMA PROPIATIENEN FORMA PROPIA

SÓLIDOSSÓLIDOS: ALTA COHESIÓN, RESISTEN : ALTA COHESIÓN, RESISTEN LOS ESFUERZOS EXTERIORES, MUY LOS ESFUERZOS EXTERIORES, MUY

BAJO NIVEL DE ENERGIZACIÓN, BAJO NIVEL DE ENERGIZACIÓN, TIENEN FORMA PROPIATIENEN FORMA PROPIA

ESTADO SÓLIDOESTADO SÓLIDO: PODEMOS VER QUE LAS : PODEMOS VER QUE LAS MOLÉCULAS SE HALLAN DISPUESTAS EN MOLÉCULAS SE HALLAN DISPUESTAS EN UN VOLUMEN PEQUEÑO, SE SITÚAN UN VOLUMEN PEQUEÑO, SE SITÚAN ADYACENTES, UNA AL LADO DE LA OTRA, ADYACENTES, UNA AL LADO DE LA OTRA, AUNQUE NO EN CONTACTO, FORMANDO AUNQUE NO EN CONTACTO, FORMANDO GENERALMENTE UNA ESTRUCTURA.GENERALMENTE UNA ESTRUCTURA.

ESTADO LÍQUIDOESTADO LÍQUIDO: LAS MOLÉCULAS: LAS MOLÉCULAS SE SE ENCUENTRAN DIFUNDIDAS EN UN ENCUENTRAN DIFUNDIDAS EN UN VOLUMEN MAYOR, SIN SEGUIR NINGUNA VOLUMEN MAYOR, SIN SEGUIR NINGUNA ESTRUCTURA. LA SEPARACIÓN ENTRE ESTRUCTURA. LA SEPARACIÓN ENTRE CADA MOLÉCULA ES CADA MOLÉCULA ES MAYORMAYOR QUE EN EL QUE EN EL SÓLIDO.SÓLIDO.

ESTADO GASEOSOESTADO GASEOSO: LAS MOLÉCULAS: LAS MOLÉCULAS OCUPAN UN VOLUMEN MUCHO OCUPAN UN VOLUMEN MUCHO MAYOR. ES EL ESTADO EN QUE LAS MAYOR. ES EL ESTADO EN QUE LAS MISMAS ESTÁN MÁS MISMAS ESTÁN MÁS DISTANCIADASDISTANCIADAS

CONDENSADO DE BOSE-EINSTEINCONDENSADO DE BOSE-EINSTEIN: : TODOS LOS ÁTOMOS SE TODOS LOS ÁTOMOS SE ENCUENTRAN EN UN MISMO LUGAR, ENCUENTRAN EN UN MISMO LUGAR, LA ÚNICA BOLA ROJA REPRESENTA LA ÚNICA BOLA ROJA REPRESENTA LA POSICIÓN DONDE SE LA POSICIÓN DONDE SE ENCUENTRAN TODOS LO ÁTOMOS, ENCUENTRAN TODOS LO ÁTOMOS, PERO NO UNO SOBRE OTRO, SINO PERO NO UNO SOBRE OTRO, SINO TODOS OCUPANDO EL MISMO TODOS OCUPANDO EL MISMO ESPACIO FÍSICO…ESPACIO FÍSICO…

ESTADO DE PLASMAESTADO DE PLASMA: SUS COMPONENTES NO : SUS COMPONENTES NO SON MOLÉCULAS, SINO PARTÍCULAS SON MOLÉCULAS, SINO PARTÍCULAS INDIVIDUALES Y NÚCLEOS DE ÁTOMOS. INDIVIDUALES Y NÚCLEOS DE ÁTOMOS. PARECE UN GAS, PERO FORMADO POR IONES PARECE UN GAS, PERO FORMADO POR IONES (CATIONES - NÚCLEOS Y PROTONES, (CATIONES - NÚCLEOS Y PROTONES, NEUTRONES Y ELECTRONES). CADA NEUTRONES Y ELECTRONES). CADA COMPONENTE DEL ESTADO DE PLASMA ESTÁ COMPONENTE DEL ESTADO DE PLASMA ESTÁ CARGADA ELÉCTRICAMENTE Y EL CONJUNTO CARGADA ELÉCTRICAMENTE Y EL CONJUNTO OCUPA UN GRAN VOLUMEN.OCUPA UN GRAN VOLUMEN.

QUE OCURRE EN UN LIQUIDO?QUE OCURRE EN UN LIQUIDO?

partículas encerradas en un volumen, moviéndose en forma aleatoria, y ejerciendo presión contra las paredesdel recipiente.

QUE OCURRE EN UN GAS?QUE OCURRE EN UN GAS?

Esta Esta presiónpresión es el resultado del impacto de las es el resultado del impacto de lasmoléculas contra la pared.moléculas contra la pared.

QUE ES LA PRESIÓN?QUE ES LA PRESIÓN?

PRESIÓNPRESIÓNLa presión se define como la fuerza (F) por unidad de La presión se define como la fuerza (F) por unidad de superficie (A). superficie (A).

En unidades SI la presión se mide en Newton por metro En unidades SI la presión se mide en Newton por metro cuadrado (N/m2), unidad denominada Pascal (Pa).cuadrado (N/m2), unidad denominada Pascal (Pa).

En relación con la presión atmosférica, el N/m2 resulta En relación con la presión atmosférica, el N/m2 resulta una unidad demasiado pequeña, por lo que se utiliza una unidad demasiado pequeña, por lo que se utiliza múltiplos como el: múltiplos como el:

MPa y el kPaMPa y el kPa

EQUIVALENCIAS:EQUIVALENCIAS: 0,1 MPa = 100 kPa = 1 bar = 0,987 Atm =750 mm Hg 0,1 MPa = 100 kPa = 1 bar = 0,987 Atm =750 mm Hg 1 atm = 101 325 N/m2 = 1,01325 bar = 101,325 kPa1 atm = 101 325 N/m2 = 1,01325 bar = 101,325 kPa

AFP =

En el caso de los En el caso de los fluidosfluidos, la presión se , la presión se denomina denomina presión hidrostáticapresión hidrostática. .

SFPP += 0

Sg.mPP += 0

Sg.V.PP ρ+= 0 h.g.PP ρ+= 0

FF

SS

IMPORTANTE :IMPORTANTE :

PRESIÓN ABSOLUTAPRESIÓN ABSOLUTA Y Y PRESIÓN MANOMÉTRICAPRESIÓN MANOMÉTRICA. .

La presión manométrica del fluido es: ρLa presión manométrica del fluido es: ρghgh, siendo ρ , siendo ρ la densidad del líquido , la densidad del líquido , g g la aceleración de la la aceleración de la gravedad y hgravedad y h la altura manométrica o de presión. la altura manométrica o de presión.

h h puede ser negativo, la presión manométrica puede puede ser negativo, la presión manométrica puede ser negativa…ser negativa…

La presión absoluta del gas es la manométrica más la La presión absoluta del gas es la manométrica más la atmosférica, y siempre será positiva…atmosférica, y siempre será positiva…

PPmanman = ρgh = ρgh P = PP = P00 + P+ Pmanman > 0> 0

INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA PRESIÓN

PPmanman = ρgh = ρghP ATMP ATM

INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA PRESIÓN ATMOSFERICA

PRESIÓN ATMOSFÉRICAPRESIÓN ATMOSFÉRICA

La presión ejercida por la columna de aire en una La presión ejercida por la columna de aire en una superficie unitaria:superficie unitaria:Donde la presión del aire es: ρDonde la presión del aire es: ρaaghgh, siendo ρ, siendo ρaa la la densidad del aire , densidad del aire , g g la aceleración de la gravedad y hla aceleración de la gravedad y h la altura de la columna o altura de presión. la altura de la columna o altura de presión.

LA RELACIÓN FUNCIONAL QUE ASOCIA A LAS VARIABLES DE ESTADO SE LLAMA ECUACIÓN DE

ESTADO

UNA ECUACIÓN DE ESTADO ES UNA RELACIÓN, ENTRE DOS O MÁS CANTIDADES FÍSICAS

VALORIZABLES, QUE DESCRIBE EL ESTADO DEL SISTEMA

ECUACION DE ESTADO

)x;....;x;x( n21φφ =

)X;....;T;V;P( fφφ =

QUE ES UNA QUE ES UNA VARIABLE DE ESTADOVARIABLE DE ESTADO??

•ES UNA CANTIDAD FÍSICA QUE PUEDE SER MEDIDA ES UNA CANTIDAD FÍSICA QUE PUEDE SER MEDIDA CON TODA PRECISIÓNCON TODA PRECISIÓN

•CARACTERIZA EL SISTEMA, SIN IMPORTAR CÓMO EL CARACTERIZA EL SISTEMA, SIN IMPORTAR CÓMO EL SISTEMA LLEGÓ A ÉL, POR EJEMPLO:SISTEMA LLEGÓ A ÉL, POR EJEMPLO:

T, P y VT, P y V

OTROS EJEMPLOS DE VARIABLES DE ESTADO: OTROS EJEMPLOS DE VARIABLES DE ESTADO: ENERGÍA INTERNA (U), ENTROPÍA (S), ENERGÍA LIBRE ENERGÍA INTERNA (U), ENTROPÍA (S), ENERGÍA LIBRE DE HELMHOLTZ (F), ENERGÍA DE GIBBS (G)DE HELMHOLTZ (F), ENERGÍA DE GIBBS (G)

PARA QUE UNA FUNCIÓN ΦΦ SEA UNA FUNCIÓN DE ESTADO , ES NECESARIO Y SUFICIENTE QUE ddΦΦ SEA UNA DIFERENCIAL EXACTA

)x;....;x;x( n21φφ =1.- 1.- ddΦΦ DEBE SER UNA DIFERENCIAL EXACTA DEBE SER UNA DIFERENCIAL EXACTA

2.-

3.-

∫ = 0φd

∫ −=1

2

12

φ

φ

φφφd

SI UNA FUNCION SI UNA FUNCION ΦΦ DEPENDE DE DOS VARIABLES DE DEPENDE DE DOS VARIABLES DE ESTADOS, “x” e “y”; ES DECIR ESTADOS, “x” e “y”; ES DECIR ΦΦ = = ΦΦ(x,y), PARA UN (x,y), PARA UN CAMBIO ELEMENTAL dCAMBIO ELEMENTAL dΦΦ, SE DEBE CUMPLIR, SE DEBE CUMPLIR

SI LAS DERIVADAS CRUZADAS SEGUNDAS SON IGUALES, SI LAS DERIVADAS CRUZADAS SEGUNDAS SON IGUALES, ENTONCES dΦENTONCES dΦ ES DIFERENCIAL EXACTA ES DIFERENCIAL EXACTA::

dyy

dxx

dy)y;x(Ndx)y,x(Md∂∂+

∂∂=+= φφφ

yxxyx)y,x(N

y)y,x(M

∂∂∂=

∂∂∂⇔

∂∂=

∂∂ φφ 22

SISTEMAS SISTEMAS MATERIALESMATERIALES ENERGÍAENERGÍA

CAMBIOSCAMBIOSACCIONESACCIONES

POSEENPOSEEN

HACE HACE POSIBLEPOSIBLE

PRODUCENPRODUCEN

MODIFICANMODIFICAN

SE EJERCEN MUTUAMENTESE EJERCEN MUTUAMENTE

A TRAVÉS DEA TRAVÉS DEMODIFICAN LAMODIFICAN LA

DE LOS DE LOS

FIN CLASE IIFIN CLASE II

PROXIMA CLASE 16/MARZO/2012PROXIMA CLASE 16/MARZO/2012