Termodinámica

1. Ecuación del gas ideal.

La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). La energía cinética es directamente proporcional a la temperatura en un gas ideal. Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura.

(1) Las palabras gas y vapor a menudo se utilizan como sinónimos y común mente a la fase de vapor de una sustancia se le llama cuando su temperatura es mas alta que la temperatura critica. El vapor normalmente implica un gas que no se encuentra muy alejado del estado de condensación.

En 1662 el ingles Robert Boyle observo durante sus experimento con una cámara vacío que la presión de los gases es inversamente proporcional a su volumen. En 1802, los franceses J. Charles y J. Gay –Lussac determinaron de modo experimental que a bajas presiones el volumen de un gas es proporcional a su temperatura. Es decir

P=R (T/V) o bien PV=RT

(2) Donde la constante de proporcionalidad R se denomina la constante de los gases.

DEFINICIÓN DE GAS IDEAL

El MGI consta de dos ecuaciones de estado: ecuación de estado térmica (relación P-v-T) y ecuación de estado energética (relación u-v-T). En realidad no son independientes: la ecuación de estado energética se puede deducir de la térmica; sin embargo, de momento

Las postularemos como dos ecuaciones independientes:

• Ecuación de estado térmica: PV=mRT

• Ecuación de estado energética: u=u (T)

Ley De Dalton O De Presiones Parciales.

Mezcla de gases de P total de la mezcla es igual a la suma de P parciales de los componentes de la mezcla.

PT= Pa + P b + Pc + …P n

(5) Ley de Dalton sobre las presiones parciales.

La presión total de una mezcla gaseosa es la suma de las presiones parciales de los gases que la componen

Esta ley se usa frecuentemente para calcular la presión de un gas que ha sido recogido o almacenado por desplazamiento de agua, puesto que estos gases se saturan de agua, y la presión total de ellos es la suma de las presiones del gas y del vapor de agua a la temperatura de observación. Para obtener la presión verdadera del gas es necesario restar la presión del vapor de agua.

En la Tabla 4-1 se encuentra este dato para varias temperaturas, como podemos ver en la página siguiente.

TABLA 4-1

PRESION DEL VAPOR DE AGUA A DIFERENTES TEMPERATURAS

P en mm de Hg °C P en mm de Hg °C P en mm de Hg °C

4.6 0 18.6 21 31.8 30

6.5 5 19.8 22 55.3 40

9.2 10 21.0 23 92.5 50

12.8 15 22.4 24 149.4 60

13.6 16 23.8 25 233.7 70

14.5 17 25.2 26 355.1 80

15.5 18 26.7 27 525.8 90

16.5 19 28.3 28 760.0 100

17.5 20 30.0 29

Ley De Amagat De Los Volumen Parciales

Si se tiene una mezcla gaseosa es igual al volumen total de la mezcla será igual al V parcial de cada un do los componentes.

VT= V a + V b +V c +…V n

(6) La ley de Amagat expresa que: "En una mezcla cualquiera de gases, el volumen total es igual a la suma de los volúmenes parciales de los constituyentes de la mezcla". Por volumen parcial de un gas se entiende el que ocuparía un gas si estuviese solo a una temperatura dada y a la presión total de la mezcla.

VT = V1 + V2 + V3

Mediante un razonamiento similar al seguido con la Ley de Dalton, se puede demostrar otra expresión matemática correspondiente a la Ley de Amagat,

V1 = x1VT o "El volumen parcial de un gas en una mezcla es igual al producto de su fracción molar multiplicada por el volumen total de la mezcla"

Se deduce de las leyes de Dalton y Amagat que el concepto de fracción molar, para una mezcla de gases es exactamente igual a la fracción de presiones o a la fracción de volúmenes.

Fracción mol

Xi=Vi / VT

Estas leyes se relacionen con el concepto de fracción mol.

Xi=ni / nT

Ni =Donde el numero de moles de los componentes.

nT = Es el número de moles totales.

Xi=Vi / VT= ni / nT= Pi / PT

1 Kmol=1000g/mol=1000mol

N=w/PM Donde la fracción va de 0 a 1

%mol porcentaje mol= ni / n1T

%P porcentaje del presión= Pi / PT

%V porcentaje del volumen= Vi / VT

(PM) p=∑Xi (PM) i

Unidad ||

2.1. Tipos de energía.

E=mC2

(1) la energía puede existir en varia formas: Térmica, Mecánica, Cinética, Potencial, Eléctrica, Magnética, Química y nuclear cuya suma conforma la energía total E de un sistema, la cual se denota por unidad de masa mediante e y se expresa como.

e=E/m [KJ/KG]

(2) La energía es una propiedad primitiva. Se postula que es algo que posee toda la materia. Se define también como la capacidad de efectuar un trabajo.

2.1.1. Energía cinética y energía potencial.

Ek=mv2/2gc m=masa

V=velocidad del sistema

Gc=1kg°m/N°s2

Ep=mzg/gc m=masa

Gc=1kg°m/N°s2

...