Sustancia puras y Gases ideales

Cuestionario No.: 2      Parcial No.: 2

Título: Sustancia puras y Gases ideales

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Elaborado por: Loranca Cruz Aldo Francisco                 

Boleta: 2022360404 Grupo: 4MM6

Docente: Ing. Luis Torres Pérez

Fecha de entrega: 26 de abril de 2023

1.- (2-2C) ¿Es el agua congelada una sustancia pura? ¿Por qué?

R= Si, ya que el agua en todos sus estados de agregación.

2.- (2-3C) ¿Cuál es la diferencia entre líquido saturado y líquido comprimido o líquido subenfriado?

R= Un líquido saturado es un líquido que está en equilibrio termodinámico con su vapor a una temperatura y presión específicas y tiene una composición química constante. Es decir, cualquier adición o eliminación de calor a una sustancia en estado líquido saturado no cambiará su temperatura ni su presión, sino que solo cambiará su fase a vapor.

Por otro lado, un líquido subenfriado, también conocido como líquido comprimido, es un líquido que está por debajo de su temperatura de saturación para la presión a la que se encuentra. El líquido subenfriado se encuentra en equilibrio termodinámico, pero cualquier adición o eliminación de calor a un líquido subenfriado cambiará su temperatura y su presión.

3.- (2-4C) ¿Cuál es la diferencia entre vapor saturado y vapor sobrecalentado?

R= La principal diferencia entre vapor saturado y vapor sobrecalentado es el estado de saturación del vapor.

El vapor saturado es el vapor que está en equilibrio termodinámico con su líquido a una temperatura y presión específicas. Tiene la misma temperatura que su punto de rocío y contiene la cantidad máxima de vapor que puede existir a esa temperatura y presión. Cualquier adición de calor a un vapor saturado resultará en una transformación de fase a líquido, mientras que cualquier reducción de calor resultará en una transformación de fase a líquido.

Por otro lado, el vapor sobrecalentado es el vapor que se encuentra por encima de su punto de saturación a una temperatura y presión específicas. Es decir, ha sido calentado por encima de la temperatura necesaria para la vaporización completa y contiene más energía térmica que el vapor saturado a la misma temperatura y presión. El vapor sobrecalentado se comporta como un gas ideal y su temperatura y presión pueden variar sin que ocurra una transformación de fase.

4.- (2-7C) ¿Es cierto que el agua hierve a mayores temperaturas en presiones más altas?

R= Sí, es cierto que el agua hierve a mayores temperaturas en presiones más altas. La temperatura de ebullición del agua es la temperatura a la cual el vapor generado por la ebullición tiene la misma presión que la presión atmosférica en la superficie del líquido. Cuando se aumenta la presión, se necesita más energía para que el vapor generado por la ebullición tenga la misma presión que la presión de vapor correspondiente a la temperatura del líquido.

5.- (2-8C) Si la presión de una sustancia aumenta durante un proceso de evaporación o de ebullición, ¿La temperatura también aumentará o permanecerá constante? ¿Por qué?

R= Si la presión de una sustancia aumenta durante un proceso de evaporación o de ebullición, la temperatura de la sustancia también aumentará. Esto se debe a que la temperatura de ebullición de una sustancia depende de la presión en la que se encuentra la sustancia.

6.- (2-9C) ¿Por qué la temperatura y la presión son propiedades dependientes en la región de mezcla saturada, líquido-vapor?

R= En la región de mezcla saturada, líquido-vapor, cualquier cambio en la presión o la temperatura afectará la cantidad de líquido y vapor presente en el sistema, lo que mantendrá la presión y la temperatura relacionadas de manera que se mantenga el equilibrio termodinámico entre el líquido y el vapor. Por lo tanto, la presión y la temperatura son propiedades dependientes en la región de mezcla saturada, líquido-vapor, ya que un cambio en una de ellas afectará directamente la cantidad de líquido y vapor presente en el sistema y, por lo tanto, la otra propiedad también cambiará para mantener el equilibrio termodinámico.

7.- (2-11C) ¿Es posible tener vapor de agua a -10°C?

R= No, no es posible tener vapor de agua a -10°C, ya que el punto de congelación del agua es de 0°C y a temperaturas inferiores a esta, el agua se encuentra en estado sólido (hielo) o en estado líquido, pero no en estado de vapor.

La temperatura a la que el agua se transforma en vapor depende de la presión a la que se encuentra la sustancia. A presión atmosférica estándar (101.3 kPa), el agua se transforma en vapor a una temperatura de 100°C. Sin embargo, a presiones más bajas, la temperatura de ebullición del agua disminuye y, por lo tanto, se puede producir vapor de agua a temperaturas más bajas.

A pesar de que la temperatura de ebullición del agua disminuye con la disminución de la presión, hay un límite inferior en el que el agua no puede existir en forma de vapor. Por lo tanto, no es posible tener vapor de agua a -10°C a presión atmosférica estándar, ya que la temperatura de ebullición del agua a esa presión es de 100°C. Solo es posible tener vapor de agua a -10°C en condiciones de presión y temperatura específicas, como en entornos de alta presión y baja temperatura, pero esto no es común en las condiciones normales de la Tierra.

8.- (2-10C) ¿Cuál es la diferencia entre el punto crítico y el punto triple? ¿Qué valores tienen para el agua?

R= El punto crítico es la temperatura y presión en la que una sustancia pasa de ser un líquido a un gas, sin que exista una interfaz entre las dos fases. En el punto crítico, la densidad de la sustancia es la misma tanto en el estado líquido como en el estado gaseoso. Por encima del punto crítico, la sustancia se encuentra en un estado conocido como "supercrítico", en el cual tiene propiedades intermedias entre las de un líquido y las de un gas.

El punto triple es la temperatura y presión en la que las tres fases de una sustancia (sólido, líquido y gas) coexisten en equilibrio. Es decir, es el único punto en el que el sólido, el líquido y el gas de una sustancia pueden coexistir juntos en equilibrio. Por lo general, se representa en un diagrama de fase como un punto en el que las tres curvas de fase (sólido-líquido, líquido-gas y sólido-gas) se encuentran.

Para el agua, el punto crítico se encuentra a una temperatura de 374°C y una presión de 22,1 MPa (mega pascales). El punto triple del agua se encuentra a una temperatura de 0,01°C y una presión de 0,00604 MPa. En el punto triple, el agua coexiste en sus tres fases: hielo, agua líquida y vapor de agua.

9.- (2-13C) Un tanque rígido contiene un poco de agua líquida a 20°C. El resto del tanque tiene aire atmosférico. ¿Es posible que el agua hierva en el tanque sin que aumente su temperatura? ¿Cómo?

R= No es posible que el agua hierva en el tanque sin aumentar su temperatura si la presión del aire en el tanque se mantiene constante en la presión atmosférica estándar.

Para que el agua hierva, es necesario que su temperatura alcance el punto de ebullición a la presión dada. En la presión atmosférica estándar, el punto de ebullición del agua es de 100°C. Si la temperatura del agua es menor que 100°C, entonces no se producirá la ebullición a menos que la presión en el tanque disminuya por debajo de la presión atmosférica estándar.

10.- (2-14C) Un tanque rígido bien sellado contiene un poco de agua y aire a presión atmosférica. El tanque se calienta y el agua comienza a hervir. ¿La temperatura en el tanque permanecerá constante durante este proceso de ebullición? ¿Por qué?

R= La temperatura en el tanque no permanecerá constante durante el proceso de ebullición del agua. Durante la ebullición, la energía térmica del tanque se está transfiriendo constantemente al agua para vaporizarla, por lo que la temperatura del tanque disminuirá a medida que el agua absorbe esta energía.

La energía térmica se necesita para vaporizar el agua, y esta energía se toma del tanque, lo que provoca una disminución de la temperatura en el tanque. Durante el proceso de ebullición, la temperatura del agua permanecerá constante, pero la temperatura del tanque disminuirá a medida que se transfiere energía térmica del tanque al agua que está hirviendo.

11.- (2-20C) ¿Qué es la calidad? ¿Tiene algún significado en la región de vapor sobrecalentado?

R= En termodinámica, la calidad se refiere a la fracción de masa de una mezcla de líquido-vapor que es vapor en equilibrio termodinámico en un punto dado. La calidad se expresa como un valor entre 0 y 1, donde una calidad de 0 significa que toda la mezcla está en estado líquido, mientras que una calidad de 1 significa que toda la mezcla está en estado de vapor.

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