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TERMODINÁMICA, Sistemas simples, Sistemas complejos - Coggle Diagram

- - - - Se representan como pequeñas esferas rígidas
      - Están en movimiento constante y aleatorio
      - No hay fuerzas de atracción o repulsión entre las moléculas excepto durante las colisiones
      - Las colisiones son elásticas, conservando la cantidad de movimiento
      - Un gas en CNPT ocupa 22,4 L y contiene NA= 6,023 x 10^23 moléculas
    - - Hipótesis adicionales
        
        Producida por los choques de las moléculas en las paredes del recipiente
        
        La porción de pared con la que las moléculas chocan es lisa y el choque es perfectamente elástico
        
        No todas las moléculas poseen igual velocidad
        
        Aumenta con el aumento de la T y disminución de V
      - Fuerza que ejercen las moleculas en las paredes del recipiente
      - Cuadrado de la velocidad cuadrática media
      - Presión
      - Relación entre la energía cinética y la ecuación de estado
        
        Despejando obtengo:
    - - Frecuencia de choques
      - Trayectoria libre media
        
        l=
    - - "Para un gran número de partículas que obedecen las leyes de la mecánica newtoniana, la energía total disponible está en promedio repartida de manera equitativa entre todos los modos de movimiento posibles. Esto es: cada grado de libertad equivalente tiene la misma energía media"
      - "Para una sustancia en equilibrio, existe una energía media de ½ k T por molécula o de ½ R T por mol asociada a cada grado de libertad."
        
        Para v grados de libertad la energía total será:
    - - Ley de Charles
        
        Al incrementar la temperatura aumenta la energía cinética promedio, aumentan las colisiones con la pared del recipiente y entonces la presión aumenta.
      - Ley de Difusión de Graham
      - Ley de Boyle
      - Ley de Avogadro
    - - El volumen de un gas refleja la distribución de posiciones de las moléculas que lo componen
      - La presión del gas es la manifestación de la variación promedio de momento que experimentan las moléculas al chocar contra las paredes y rebotar
      - La temperatura del gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas
  - - - Las propiedades macroscópicas son el resultado del comportamiento colectivo de un elevado número de partículas individuales.
      - Los estados de equilibrio definidos por la termodinámica son estados de equilibrio estadístico
      - En una colectividad de N partículas idénticas, cada partícula puede encontrarse sólo en uno de los niveles de energía permitidos
    - - El estado de equilibrio de un sistema queda definido, en todo instante, cuando se conoce su energía total
        
        Punto de vista microscópico
        
        Conocer el nivel de energía de cada partícula, considerada individualmente
        
        Punto de vista estadístico
        
        Conocer el número de partículas ni que se encuentran en cada nivel de energía εi, sin considerar de qué partícula se trate
    - - Peso de una configuración
      - Una misma configuración inespecífica o macroestado, se puede lograr de diferentes modos
        
        Si hay N partículas, el número de posibles estados microscópicos será N!
      - “El estado de equilibrio corresponde a la distribución más probable, esto es a la configuración de mayor peso”
    - - Será la que corresponde al estado de equilibrio térmico de un conjunto dado de partículas con un valor dado de energía total al que corresponderá un valor dado de temperatura
        
        Mediante función que alcanza un máximo
        
        El estado de equilibrio térmico corresponde a la distribución más probable, esto es la
        configuración de mayor peso
        
        Ley de distribución de Boltzmann
    - - Por estar T en el denominador del exponente negativo, el valor de NE crece fuertemente con la temperatura
      - Si solo hay energía cinética, la fracción de moléculas cuyas energías sobrepasan un valor específico E responde a la
        ecuación:
        
        Siempre que E > k T
      - La ecuación de distribución de Boltzmann incluye todos los tipos de energía
    - - Velocidad más probable
      - Velocidad media
- - - - llevo a la
        
        Experiencia de Joule
        
        Establece una relacion entre el calor y el trabajo dada por
  - - - enfoque microscopico
        
        Energía interna cinética, energía interna potencial y energía interna de las particulas
- - - - La cantidad de calor que intercambia un cuerpo es proporcional a su masa y a la variación de temperatura que experimenta
        
        Q = M C ΔT
    - - Cantidad de calor necesaria para elevar un grado la temperatura de la unidad de masa o materia
      - Depende de
        
        Rango de temperaturas
        
        Composición del cuerpo
        
        Estado físico
        
        Tipo de transformación (Cp vs Cv)
      - [Kcal/kg·°C] (másico)
        [Kcal/mol·°C] (molar)
    - - Sensible: calor que produce
        variación de temperatura
        
        Qs = M C ΔT
      - Latente: calor que produce cambio de
        estado
        
        QL = M * λ
      - Total: suma del calor sensible y
        latente
        
        QT = Qs + QL
  - - - Intercambio de energía
      - Intercambio de trabajo
      - Intercambio de calor
  - - - Ley de los calores intercambiados
        
        Σ Qintercambiado = 0
      - Ley de las transformaciones inversas
        
        Q1-2 = Q2-1
    - - Partes
        
        Vaso calorímetro
        
        Agitador
        
        Recipiente adiabático
        
        Termómetro
      - Funcionamiento
        
        1°
        
        Se coloca una masa conocida de líquido (generalmente agua) a temperatura inicial conocida
        
        2°
        
        Se agrega una masa de sustancia a temperatura conocida
        
        3°
        
        Se mide la temperatura final del sistema
      - Equivalente en agua del calorímetro
        
        Representa la masa de agua que absorbería la misma cantidad de calor que el instrumental (recipiente, agitador, termómetro, etc.) para la misma variación de temperatura
  - - - Ley de Dulong y Petir
        
        A altas T
        
        Cv = 3 * R = 5,96 cal/mol·K
        
        A bajas T
        
        Cv = k * (T / TD)^3
    - - El calor específico varía poco con la
        presión
      - La diferencia entre Cv y Cp es pequeña
    - - Monoatómicos
        
        Cv = 3/2 * R
        
        Cp = 5/2 * R
      - Diatómicos
        
        A bajas T
        
        Cv/R = 3
        
        A T medias
        
        Cv/R = 5
        
        A altas T
        
        Cv/R = 7
      - Triatómicos
        
        Lineales
        
        Cv/R = 3,46 a 4,4
        
        No lineales
        
        Cv/R = 3,04 a 3,79
- - - - En toda máquina irreversible el valor de la integral curvilínea cerrada de diferencial de Q sobre T será menor que cero
        
        Maquina térmica
        
        Maquina frigorífica
  - - - Un sistema estará en estado "vivo" y podrá producir trabajo útil si se encuentra en estado de desequilibrio, ya sea mecánico o térmico
    - - El trabajo que suministra un sistema aislado al pasar del desequilibrio al equilibrio es máximo cuando todas las transformaciones son reversibles
    - - Ecuación de Guye-Stodola
    - - ENERGÍA TOTAL = EXERGÍA + ANERGÍA
        
        EXERGIA
        
        Energía utilizable, energía transformable en trabajo útil
        
        ANERGIA
        
        Energía no transformable en trabajo útil
    - - Función trabajo máximo
      - Primera función de Darrieus
        
        Eu = b - b0
    - - Trabajo total = Trabajo útil + Trabajo de dilatación
    - - Caso de un cuerpo de capacidad calorífica finita
        
        dQ1 = M.C.dT
        
        QU = Q1 - QNU
      - Temperatura integral media
      - Caso de una fuente de calor (capacidad calorífica infinita)
        
        Q1 = QU + QNU
  - - - Cuando del sistema sale trabajo, el fluido realiza un trabajo menor en una transformación irreversible que en la correspondiente transformación reversible.
      - Cuando sobre el sistema se realiza trabajo, al fluido se le entrega un trabajo mayor si la transformación es irreversible que si es reversible
    - - Caso de sistemas abiertos en estado estacionario
      - Caso de sistemas cerrados
  - - - dSEXTERNO flujo de entropía, asociado a la transmisión de calor, a través de la frontera
        
        dSINTERNO entropía generada dentro del sistema, asociada a transformaciones irreversibles
      - Formas de incrementar la entropía
        
        Entregar calor al sistema
        
        Someterlo a una transformación irreversible
      - Forma de disminuir la entropía
        
        Extraer calor del sistema
    - - Caso general para una corriente de fluido
      - Caso de régimen permanente
    - - Principio de incremento de la entropía
        
        Toda transformación irreversible produce un aumento de entropía del conjunto sistema-medio exterior (Universo)
        
        Como la entropía de un sistema aislado sólo puede aumentar, el estado de equilibrio será aquel en el cual la entropía tiene su máximo valor con respecto a todas las posibles variaciones
        
        Para procesos adiabáticos en sistemas aislados, el incremento de entropía se asocia a irreversibilidad
- - - - Líquido: toma la forma del recipiente , volumen fijo, sus moléculas se deslizan unas respecto a otras
      - Gas: se expande libremente, baja densidad, sus moléculas se mueven al azar en continuo choque
      - Sólido: forma y tamaño fijos, sus moléculas en
        una red con pequeñas vibraciones
    - - Condición física homogénea en una extensión de sustancia, con fronteras de discontinuidad de las propiedades fáciles de identificar
      - Sistemas de 1 fase: homogéneos
      - Sistemas de +1 fase: heterogéneos
    - - Física y químicamente
        homogénea, invariable en el tiempo
      - Mezcla de elementos o compuestos químicos
    - - Compuesto
        químico único
      - Varios estados de
        agregación y fases
  - - - Requiere especificar posición y velocidad
        de cada molécula, lo que implica un gran
        número de ecuaciones
    - - Trata con efectos globales o promedios de
        muchas moléculas
    - - A escala macroscópica, la materia se
        comporta como un medio continuo
    - - La descripción matemática se expresa
        mediante funciones continuas
  - - - Pueden ser de equilibrio, cuasi equilibrio o desequilibrio.
  - - - Atributo esencial de un objeto físico, perceptible y cuantificable. Su valor es independiente del proceso por el que se llegó a ese estado
      - Una magnitud es una propiedad si su cambio de valor entre 2 estados es independiente del proceso
      - Clasifcación
        
        Intrínsecas
        
        Específcas: Extensivas por
        unidad de masa.
        
        Intensivas: No vinculadas a la
        cantidad de materia.
        
        Extensivas: Dependen de la
        masa del sistema.
      - Son funciones de estado, dependen sólo del estado inicial y final de un sistema.
  - - - No cambian las propiedades
    - - No hay transferencia neta de especies químicas entre fases
    - - Equilibrio mecánico térmico y de fases estables pero sin cambios químicos
    - - La suma de fuerzas y de momentos aplicados sobre un cuerpo es igual a 0
  - - - Defnición operacional de temperatura
      - Principio Cero de la Termodinámica:
        Equilibrio térmico
      - °C - °F
      - °C - K
    - - Tipos de tensiones
        
        Presión el fluidos
        
        Esfuerzo en sólidos
      - Dimensiones
        
        Relación entre presión absoluta,
        manométrica y de vacío
        
        P abs = P man + P atm
        
        P abs = P atm - P vacío
    - - Densidad (δ): masa contenida en la unidad de volumen
        
        δ = m/v
        
        Peso específico (en vez de masa se toma el peso por unidad de volumen)
        
        ρ = δ.g = (m.g) / v
      - Volumen específico (ve)
        
        ve = 1 / δ
  - - - Aislado: no hay transferencia de masa ni
        de energía
      - Cerrado: no hay transferencia de masa pero sí de energía
      - Abierto: hay transferencia de masa y de energía
    - - Resto del universo que
        interacciona con el sistema
    - - Superficie conceptual que separa el
        sistema del medio
      - Tipos
        
        Restrictiva
        
        Térmica: adiabática
        
        Material: impermeable
        
        Mecánica: rígida
        
        Permisiva
        
        Térmica: diaterma
        
        Material: permeable
        
        Mecánica: eslástica
  - - - Cuasi-estática
        
        Idealización de una transformación real
        
        Todos los estados son de equilibrio
      - Abiertas
        
        Estado final diferente del inicial
      - Cerrada / Ciclo
        
        Sucesión de transformaciones que llevan al sistema a retornar a las condiciones iniciales
  - - - n° de propiedades intrínsecas e independientes necesarias para definir el estado de un sist.= n° de interacciones
- - - - Leyes de Amagat
        
        Volumen total
        
        Volúmenes parciales
      - Leyes de Dalton
        
        Presión total
        
        Presiones parciales
    - - Fracción en moles
      - Fracción en volumen
        
        Ley de Amagat
      - Fracción en masa
  - - - Comportamiento a altas y bajas temperaturas
        
        A altas temperaturas y baja densidad a/v2 tiende a cero y el volumen molar (v) resulta muy grande respecto al covolumen (b). Se obtiene la ecuación de estado del gas ideal.
        
        A temperaturas bajas (T2) y pequeños volúmenes (alta densidad) no puede despreciarse ninguno de los términos.
      - Punto crítico
        
        En el punto crítico la curva p–v tiene una inflexión con tangente horizontal por lo que la primera y segunda derivadas de P respecto a v, a temperatura constante, serán nulas. En este punto p, v, T, serán criticas
    - - Peng – Robinson
      - Formas viriales
      - Redlich-Kwong
    - - "Gases diferentes en estados correspondientes se comportan de la misma manera. Y estados correspondientes son aquellos a los que corresponden iguales parámetros reducidos."
    - - Se ejercerá sobre el gas una presión adicional a la que puede medirse con un
        manómetro (que siempre es sobre la pared), que denominó presión interna termodinámica
      - El volumen “ocupado” por las moléculas (b), llamado covolumen, debe descontarse del
        volumen total, para considerar en la ecuación el volumen disponible para las moléculas
    - - Ecuación
      - Parámetros reducidos
  - - - Constante universal y constante de Regnault
        
        Relacion entre ambas constantes
      - Ecuación general, para una cantidad cualquiera de gas
    - - Constante de Regnault o constante particular del gas
      - La ecuación de estado se aplica a un estado de referencia
    - - Leyes empíricas que relacionan las variables macroscópicas en los gases ideales
        
        Ley de Boyle – Mariotte
        
        Con T=constante
        
        Leyes de Charles – Gay Lussacc
        
        Con P=constante
        
        Con V=constante
    - - "En volúmenes iguales, a igual presión y temperatura, todos los gases perfectos contienen el mismo número de moléculas"
        
        A la misma presión y temperatura, las masas de gases distintos contenidos en volúmenes
        iguales, son proporcionales a sus masas moleculares
        
        El volumen ocupado por un mol de cualquier
        gas bajo CNPT es de 22,4 litros.
    - - Relación entre los estados de un gas ideal
  - - - Ecuación de compresibilidad
      - Ley de Hooke
        
        Deformación unitaria
        
        Esfuerzo normal
    - - La dependencia del volumen de un sólido con la temperatura a presión constante
        
        Si la variación de temperatura (Δt) no es demasiado grande, la variación de longitud Δx es:
        
        Ecuación expansión volumétrica
  - - - Z > 1 Si el gas real es menos compresible que el ideal
        
        Z = 1 Si el gas real es tan compresible como el ideal
        
        Z < 1 Si el gas real es más compresible que el ideal
  - - - Punto critico
        
        Es el punto final de la línea de líquido saturado que comienza en el punto triple, y lugar donde comienza la curva de vapor saturado seco
      - Estudió la dependencia del volumen con la presión al comprimir anhídrido carbónico isotérmicamente, encontrando una trayectoria no continua
    - - Sea una masa de hielo contenida dentro de un cilindro comprimido por un pistón. La presión dentro del cilindro es de 1 ata y el mismo puede calentarse en forma muy
        lenta (transformación cuasi-estática).
  - - - Los líquidos, como los sólidos, son normalmente muy poco compresibles
    - - A diferencia de sólidos y gases cuyo α siempre es positivo, en los líquidos α generalmente es positivo y más elevado que en los sólidos. En general, en los líquidos, al aumentar la temperatura, aumenta α.
- - - - enfoque Lagrangiano
        
        Porciín de materia prescrita e identificable
    - - enoque Euleriano
        
        Refión en el espacio donde se enfoca la atención para su estudio
  - - - Función entalpia
- - - - Son transformaciones sucesivas hasta que el fluido intermediario retorna a su estado inicia
        
        Fluido intermediario Sustancia mediante la cual se obtiene trabajo o calor
      - Reversibles si todas las transformaciones lo son
        
        Teorema de Carnot Para dos Máquinas Térmicas que operen entre las mismas fuentes
        
        Escalas
        
        Como los calores de las fuentes son funciones de la temperatura
        
        El rendimiento de una MTIR es menor que el de una MTR
        
        Para ciclos reversibles
        
        Teorema de Clausius Para toda máquina reversible que describa un ciclo, la suma de los cocientes del calor y la temperatura absoluta, es igual a cero
        
        Entropía: Función de estado, independiente de la transformación reversible
        
        Cuerpo simple incompresible
        
        Sustancia pura
        
        Si hay cambios de fase
        
        Gases ideales
        
        Se deduce a partir del primer principio que
        
        2 more items...
        
        Postulado de Boltzman
        
        Probabilidad de que ocurra un estado macroscópico
        
        P: Probabilidad de que ocurra un estado
        
        Temperatura constante
        
        Sistemas aislados reversibles
        
        Para el sistema aislado
        
        Para el fluido
        
        Para la fuente caliente
        
        Para la fuente fría
        
        Transformación reversible Aquella que se puede invertir sin modificar el estado del sistema ni el medio
        
        Ausencia de efectos disipativos
        
        Se toma como transformaciones cuasi-estáticas
        
        Efectos disipativos agregan irreversibilidad
        
        Ejemplos
        
        Transferencia de calor
        
        Rozamiento
        
        Reacciones químicas
      - Rendimiento
        
        Nunca será del 100%
    - - Térmica: Toma calor y entrega trabajo
      - Inversa: Toma trabajo y entrega calor
      - Depósitos
        
        De calor: Da o recibe calor sin variar su temperatura
        
        De materia Suministra o recibe materia sin variar su estado
        
        De trabajo recupera el trabajo que se le entrega
- - - - Primer principio S.C.
        
        Relación de Mayer
        
        Todas las transformaciones son de la forma
        
        Politrópicas: Transformaciones a calor específico constante
        
        Coeficiente de expansión politrópica
        
        4 more items...
        
        Las ecuaciones de estado de las adiabáticas son aplicables para las politrópicas
        
        Ecuación de Poisson
        
        Ecuaciones de estado
        
        Coeficiente de expansión adiabática
        
        Constante universal para moles o constante de Clayperon para Kg
- - - - Título de vapor Vapor saturado en vapor húmedo
        
        Son equivalentes
      - Experiencia de Joule Thompson
        
        Con un manómetro y termómetro se puede hallar el título
        
        Determinación
      - Calor de vaporización
    - - Calor de reacción: Desprendido o absorbido durante una reacción
        
        Es función de estado
        
        Se supone la reacción completa de los reactivos
        
        Calor de formación: Para un mol a P y T constantes
        
        Ley de Lavoisier Calor de descomposición es igual a su calor de formación de signo opuesto
        
        Calor de reacción
        
        Calor de combustión: Producido por la combustión de un compuesto
        
        Temperatura máxima de llama y explosión
        
        El calor de reacción lo absorben los gases de combustión
        
        Por lo tanto se considera como expansión adiabática
        
        Estado tipo P=1 ata T= 25°C h=0
        
        Calor en estado tipo
        
        Para los cambios de fase
        
        Cambio de entalpía
        
        Para otras condiciones
      - Aplicación del primer principio a sistemas químicos
    - - Considerado como mezcla de gases
        
        Ecuación de estado por Ley de Dalton
      - Humedad
        
        Absoluta Kg vapor/ Kg aire seco
        
        Absoluta de saturación Si la presión de vapor es la presión de equilibrio
        
        Grado de saturación
        
        Humedad Relativa Para bajas presiones
      - Humidificación adiabática
        
        Enfriamiento Isoentálpico
        
        Debido al aumento de la saturación
      - Temperatura de rocío
        
        Enfriamiento a x constante
      - Entalpía