Unidad de aprendizaje II Ley cero y primera ley de la Termodinámica.

Ley Cero y Primera ley de la Termodinámica 

Una ecuación de estado es una ecuación que relaciona, para un sistema en equilibrio termodinámico, las variables de estado que lo describen. No existe una única ecuación de estado que describa el comportamiento de todas las sustancias para todas las condiciones de presión y temperatura

Una variable intensiva es aquella cuyo valor no depende del tamaño ni la cantidad de materia del sistema. Es decir, tiene el mismo valor para un sistema que para cada una de sus partes consideradas como subsistemas del mismo. La temperatura y la presión son variables intensivas.

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).

Un proceso termodinámico es la evolución de unas determinadas propiedades, las cuales se las denomina propiedades termodinámicas, en relación a un determinado sistema termodinámico. Para poder estudiar un proceso termodinámico se requiere que estas el sistema esté en equilibrio termodinámico en el punto inicial y final del proceso; es decir, que las magnitudes que sufren una variación al pasar de un estado a otro deben estar completamente definidas en sus estados inicial y final.

Un proceso cuasiestático se define como una idealización de un proceso real que se lleva a cabo de tal modo que el sistema está en todo momento muy cerca del estado de equilibrio, como un proceso que se realiza en un número muy grande de pasos, o que lleva mucho tiempo.

En la naturaleza los procesos son irreversibles. En Termodinámica se estudian los procesos reversibles. Podemos conseguir aproximarnos a un proceso reversible, a través de una transformación consistente en una sucesión de estados de equilibrio.

 

Un proceso que finalmente devuelve un sistema a su estado inicial se denomina proceso cíclico . Al final de un ciclo, todas las propiedades tienen el mismo valor que tenían al principio. Para tal proceso, el estado final es el mismo que el estado inicial por lo que el cambio total de energía interna debe ser cero. 

 

Por lo tanto, en un proceso isotérmico, la energía interna de un gas ideal es constante. Esto es el resultado del hecho de que en un gas ideal no hay fuerzas intermoleculares. La energía interna depende de la presión, la temperatura y el volumen. ... En este proceso se realiza un trabajo que altera el volumen y la presión.

 

¿Qué son los procesos en un gas ideal isobárico? 

El proceso isobárico es el proceso de compresión mediante el cual el volumen y la temperatura de un gas varían mientras que la presión se mantiene constante. Para más información puede consultar la definición de Compresión isotérmica.

 ¿Qué es el diagrama de Clapeyron?

En termoquímica, la ecuación de Clausius-Clapeyron es una manera de caracterizar una transición de fase de primer orden que tiene lugar en un sistema monocomponente. En un diagrama P-T (presión-temperatura), la línea que separa ambos estados se conoce como curva de coexistencia. La relación de Clausius-Clapeyron determina la pendiente de dicha curva. 

Los cañones se fabricaban haciendo un agujero en una pieza de metal macizo y Rumford observó que se generaba una enorme cantidad de calor en el proceso. Algunas de las virutas que salían despedidas de la zona en la que el taladro estaba trabajando haciendo el alma (hueco) del cañón estabn tan calientes que estaban al rojo, esto es, emitían luz visible.

En el experimento de Joule se determina el equivalente mecánico del calor, es decir, la relación entre la unidad de energía joule (julio) y la unidad de calor caloría.

Mediante esta experiencia simulada, se pretende poner de manifiesto la gran cantidad de energía que es necesario transformar en calor para elevar apreciablemente la temperatura de un volumen pequeño de agua.

 

Descripción.

Un recipiente aislado térmicamente contiene una cierta cantidad de agua, con un termómetro para medir su temperatura, un eje con unas paletas que se ponen en movimiento por la acción de una pesa, tal como se muestra en la figura.

Ejercicio :

Problema - En un laboratorio, hay una cantidad de 20 mols de un gas perfecto que sufre expansión isotérmica. La presión inicial de esta masa de gas es de 10 atm y el volumen 8 litros. Al final de la expansión, el volumen es de 40 L. Por lo tanto, determine. a) La presión final de la masa de gas, b) la temperatura que se produce en la transformación

Solución:

Si analizamos nos dice que en condiciones iniciales la presión es de 10 atm y el volumen de 8 litros, después de la expansión el volumen incrementa a 40 litros pero se desconoce la presión, y finalmente nos piden la temperatura que se produce en esa expansión isotérmica.

• Obtener la presión final de la masa de gas
• Obtener la temperatura que se produce en la transformación

Datos:

REFERENCIAS :

Burghardt, M. D. (1984). Ingeniería termodinámica (No. 621.01 B8Y 1982). México: Harla.

Cerón-Reyes, M. G., González-Reyes, J., & Monroy-Ballesteros, E. (2020). Temperatura y ley cero de la termodinámica. TEPEXI Boletín Científico de la Escuela Superior Tepeji del Río, 7(14), 70-73.

Ballesteros, H. J. O., & Marquez, A. H. (2010). Diagramas de Clapeyron: un análisis teórico y simulado de los Procesos térmicos y cálculo de las cantidades macroscópicas. Latin-American Journal of Physics Education, 4(1), 33.