Termodinamica para Taringeros!

Hola linces, capas a simple vista no te haya parecido tan complicado el término… pero… una vez que estuviste frente a un pizarron lleno de formulas pensaste que no era nada facil no? incluso muchos llegamos a dudar de nuestra capacidad mental para entender algo que a primera instancia se escucha sencillo, mas cuando somos unos virgos sin vida. Pero no importa papa! Te muestro lo básico que tenes que saber! ¿TE ACORDASS DE LOS 4 ESTADOS DE AGREGACIÓN? BUENO LINCE TIENEN PROPIEDADES!!! Como todos comúnmente sabemos, la materia se encuentra en estados diferentes, son 4 y dependen de la forma que están comprendidas y del espacio que abarcan sus moléculas. link: https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=c4EP-7cbpQY COSAS QUE SABER! Definiciones de presión, volumen, temperatura (relación) Presión Se le llama Presión, a la reacción inmediata que ejerce un cuerpo sobre otro en relación de peso o fuerza. La presión técnicamente se refiere a dos tipos fundamentales, opresión y compresión, la opresión es comúnmente asociada a la falta de libertad de un sujeto para movilizarse con plena independencia, y la compresión se refiere al esfuerzo o impedimento que realiza un cuerpo sobre otro impidiendo su salida de algún sitio. La presión de un gas se origina por el choque de sus moléculas con las paredes del recipiente que lo contiene. Cuanto más moléculas choquen mayor será la presión y cuanto más rápido se muevan (que es lo mismo que estar a mayor temperatura), mayor será la presión. Volumen El vocablo en latín volūmen ha impulsado la aparición del concepto de volumen, una palabra que permite describir al grosor o tamaño que posee un determinado objeto. El volumen molar es la unidad de medida del Sistema Internacional de Unidades de valor constante para expresar cuantitativamente a partir de las unidades de base el volumen ocupado por un mol de cualquier sustancia gaseosa en condiciones de presión y temperatura, su símbolo es Vm. Temperatura Es una medida de calor o energía térmica de las partículas en una sustancia. La temperatura es una propiedad de la materia intensiva, que nos indica si 2 sistemas se encuentran en equilibrio térmico o no; si se encuentra en equilibrio se dice que ambos sistemas poseen la misma temperatura. Dos propiedades de la materia son suficientes para definir el estado de una sustancia pura o mezcla de composición constante o definida. T= (P, V) Para medir la T: se requiere de un plano de referencia bien seleccionado es el punto triple del agua, al que se le asigna el valor de 273.16 Kelvin Relación entre magnitudesse propone que sea una función lineal y la expresión es T= a una constante K por la presión. T= K(P) El valor de K se determina en el punto triple en el punto de referencia donde el gas adopta una presión P*. K= 273.16/P*¨ T= 273.16 (P/P*) Punto critico Es la temperatura más alta a la que el líquido y el gas (de una sustancia pura) puede coexistir y corresponde a una T diferente de cada sustancia. Relación de magnitudes Son variables termodinámicas. La forma específica en cómo se relacionan se puede o se pudo demostrar empíricamente desde los siglos XVI, XVII y el principio del XIX, anteriores al nacimiento de la Termodinámica, los científicos de la época demostraron que las tres magnitudes (temperatura, volumen y presión) estaban relacionadas. De modo que los científicos interesados en el asunto, fundamentalmente franceses y un británico –Guillaume Amontons, Jacques Charles, Joseph Louis Gay-Lussac, Robert Boyle, EdmeMariotte; hicieron lo que cualquiera con sentido común habría hecho: mantener fija una de las tres magnitudes y observar qué efectos producía cambiar una de las otras dos sobre la tercera. Los factores antes mencionados, presión, volumen y temperatura, pueden relacionarse entre sí en una sola expresión matemática, llamada ecuación general de estado. En esta ecuación, se establecen las mismas relaciones el volumen es inversamente proporcional a la presión y directamente proporcional a la temperatura y número de moles, así: PV = nRT, donde R es la constante de los gases y tiene un valor de 0.082 atm *L/mol* K.P V = n R T Ley 0 de la termodinámica Existe una Ley Cero de la Termodinámica. Este curioso nombre es debido a que es mucho más básica que las demás, pero se enunció con bastante posterioridad (ya teníamos una Primera Ley). Dice que dos sistemas que estén en equilibrio termodinámico con un tercero, entonces están en equilibrio entre sí. Puede parecer una perogrullada, pero es necesaria enunciarla formalmente. La ley cero, conocida con el nombre de la ley del equilibrio térmico fue enunciada en un principio por Maxwel y llevada a ley por Fowler y FORMALMENTE dice: (por si quieres parecer inteligente ;D) “Dos sistemas A y B están independientemente en equilibrio térmico y se le incorpora un sistema C, llegara algún momento en que los 3 sistemas podrán coexistir en equilibrio térmico entre si”. TA=TC por lo tanto TA=TB=TC Esta ley es de gran importancia porque permitió definir a la temperatura como una propiedad termodinámica y no en función de las propiedades de una sustancia. La aplicación de la ley cero constituye un método para medir la temperatura de cualquier sistema escogiendo una propiedad del mismo que varíe con la temperatura con suficiente rapidez y que sea de fácil medición, llamada propiedad termométrica. link: https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=dNrWE9pjA4Y GASES IDEALES?? BAJO QUE CONDICIONES??? 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). Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura. Y Avogadro Dice: “Volúmenes iguales de diferentes gases bajo las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas” Esto significa que un litro de nitrógeno (N2) tiene el mismo número de moléculas que un litro de cloro (Cl2) o de cualquier otro gas, es decir: el volumen es proporcional al número de moléculas, a la cantidad de sustancia, al número de moles (n) En Resumen, Puedo Concluir y expresarles que un gas Ideal es aquel que se encuentra arraigado a la teoría de que para un gas a temperatura y presión constantes, posee un volumen directamente proporcional al numero de moles del Gas. La ecuación que representa la ley de los gases ideales o perfectos, al estar basada en las leyes individuales de los gases, siempre que tengan un comportamiento ideal, resume la relación entre la masa de un gas y las variables de Presión, Volumen y Temperatura. En una mezcla de gases, la presión total ejercida por los mismos es la suma de las presiones que cada gas ejercería si estuviese solo en las mismas condiciones. PV=nRT P= Presión V= Volumen N= Numero de Moles T= Temperatura Absoluta R= Constante Universal de Los Gases Se introdujo la idea de "gas ideal" como aquel capaz de cumplir las leyes de los gases. Posteriormente, se desarrollo una teoría denominada Teoría cinético-molecular de los gases, que estableció un modelo molecular para un gas "ideal". Es decir, esta teoría propuso ciertas características que debería cumplir a nivel molecular un gas ideal. Un gas real, presenta obviamente desviaciones a ese comportamiento. Sin embargo, existen condiciones en las cuales algunos de los postulados del modelo se acercan bastante a la realidad. De esta manera, si el gas está en condiciones de presiones bajas y temperaturas elevadas (ambas permiten volúmenes grandes para el gas *) permitirá que los gases reales se comporten como ideales. Estas condiciones (presiones bajas y temperaturas altas) no tienen indicados valores numéricos; para cada gas existirá un rango de presiones y temperaturas en las cuales se comportara como gas ideal y esto depende de la magnitud de las fuerzas de atracción entre sus moléculas y del tamaño de estas. Nota*: si el gas esta en un volumen lo suficientemente grande, el volumen propio de las moléculas será muy pequeño respecto al volumen total disponible y además, las moléculas estarán lo suficientemente alejadas entre si como para asegurar que las fuerzas de atracción entre ellas no son importantes. ¿Para Qué Sirve un gas Ideal? Los gases ideales son gases perfectos que obedecen las leyes de los gases ideales tales como: ley de Boyle, ley de charles gay Lussac, ley de Avogadro , en las cuales de acuerdo a estas ecuaciones y leyes se puede predecir las propiedades y estados físico-químicos que ocurren al cambiar de un estado a otro, por ejemplo en la expansión de un gas en un procesos isotérmico ( temperatura constante ) con estas leyes se puede predecir la presión final de este gas, así como su volumen o temperatura , sabiendo las propiedades iniciales de este gas , sirve mucho en lo que es la termodinámica en la cual al hervir el agua se transforma en gas ( vapor ) y esto al pasar por turbinas genera trabajo ( energía eléctrica o mecánica ) , estos gases son muy importantes los ideales por que dan una noción para poder manejar y utilizar adecuadamente los gases reales, saludos espero te sirva. Ósea, en Resumen estas relaciones físicas pueden ser usadas para conocer su número de moles, presión, volumen, temperatura, presión parcial, volumen parcial de un gas y poder ver su capacidad para realizar trabajo en un ciclo termodinámico, recuerden que los gases pueden realizar trabajos y liberar energía, pero en ese caso la ley de los gases ideales nos sirve para poner una referencia para los gases reales. LAS LEYES DE LA TERMODINAMICA Se considera que las Leyes de la Termodinámica son las leyes de «más categoría» (mas Picantes y porongas ) de toda la física, y por ende, de toda la ciencia. Son las más comprobadas de toda la ciencia, y se consideran auténticos pilares de la física. Si algún día se demostraran equivocadas, toda nuestra ciencia moderna se tambalearía, osea la rea bardeaste papu denunciado despedite de tu cuenta! Y sin embargo, pese a su importancia, son menos conocidas por el «ciudadano de a pie» que otras, como la Ley de Gravitación Universal, o la Ley de Acción y Reacción (Tercera Ley de Newton). Pues bien, en el artículo de hoy las repasaremos utilizando una divertida forma de recordarlas (una conocida formulación humorística de las tres leyes clásicas de la termodinámica, cuyo origen desconocemos). PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA La Primera Ley de la Termodinámica, en realidad sí que es muy conocida por el público en general, y posiblemente sea la ley física más conocida por todo el mundo. Se trata de la ley de conservación de la energía, que podemos enunciar así: «La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma». También lo podemos conocer como principio de conservación de la energía, y establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna (simbolizada como U) del sistema cambiará. Fue propuesta por Nicolas Leonard Sadi Carnot en 1824, en su obra “Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia”, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin (William Thompson), para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica. Dividiremos en 2 esta parte: 1. La parte teórica y 2. La primera ley en acción Definamos Entalpia: Si nunca habías escuchado el término, se puede definir de una manera muy sencilla: Es una función de estado la cual permite expresar calor intercambiado con el ambiente exterior al sistema en cuestión. Su símbolo es la letra “H” sus unidades en el sistema internacional son el Joule o la Caloría mientras en el sistema ingles son el BTU (British Thermal Unit o Unidad Térmica Británica) OJO: Al ser una función de estado, la entalpia no se modificara por la trayectoria que siga un sistema para llegar de un estado inicial a uno final. Al calcularla solo se necesitara tomar en cuenta el estado inicial y final del sistema. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA La Segunda Ley de la Termodinámica es algo menos conocida, y más «críptica». Puede que a alguno le suene como la ley de «eso raro de la entropía». En efecto, la enunciación más común de la Segunda Ley nos dice que la entropía de un sistema (cerrado y que no esté en equilibrio), tiende a incrementarse con el tiempo, hasta alcanzar el equilibrio. Las segunda ley de la termodinámica, al igual que la primera Fue propuesta por Nicolas Leonard Sadi Carnot en 1824. La segunda ley de la termodinámica expresa, en una forma concisa, que "La cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo, hasta alcanzar un valor máximo". Definamos Entropía. Podemos definir a la entropía como una magnitud física que, mediante cálculo, permite determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos. Fue Rudolf Clausius quien le dio nombre y la desarrolló durante la década de 1850; y Ludwig Boltzmann, quien encontró la manera de expresar matemáticamente este concepto, desde el punto de vista de la probabilidad. Esto es muy fácil de entender si pensamos en lo siguiente: imaginemos que tenemos una jarra de leche caliente, y otra de leche fría. Si mezclamos ambos líquidos, la leche fría se calentará, y la caliente se enfriará, hasta que tengamos toda la leche a la misma temperatura. Sin embargo, si volvemos a separar la leche en dos jarras, nunca, jamás de los jamases, una se enfriará a costa de la otra (que se calentaría), de forma natural. Al mezclar la leche de las dos jarras, hemos realizado un proceso irreversible. Si queremos volver a tener una diferencia de temperatura entre las jarras, necesitaremos una fuente de energía externa, para «bombear» el calor de una a la otra. Así que podemos pensar que la Segunda Ley nos dice que el calor fluye de forma natural de los cuerpos de más temperatura, a los de menos. Y si queremos invertir ese proceso, necesitamos aplicar energía. Por eso los aires acondicionados y los frigoríficos consumen energía, a pesar de extraer calor (energía) de otros objetos, ya que ese calor extraído no es aprovechable. TERCERA LEY DE LA TERMODINAMICA La Tercera Ley de la Termodinámica, sí que es una «gran desconocida» para público en general. Es «la otra», el George Harrison de la Termodinámica. Y sin embargo también es fundamental, ya que nos permite definir escalas absolutas de temperatura. Básicamente nos dice que es imposible alcanzar la temperatura de 0 K (cero absoluto), en un número finito de procesos, lo que en la práctica significa que es imposible alcanzar dicha temperatura. Eso quiere decir que todos los objetos del universo tienen una temperatura superior a 0 K, por lo que todos los objetos del universo, tienen algo de calor, aunque sea muy poco. Y por tanto, ninguno escapa de la Termodinámica. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. La tercera ley provee de un punto de referencia absoluto para la determinación de la entropía. La entropía relativa a este punto es la entropía absoluta. CURIOSIDAD: Banca Rufian, ahora que hablamos del cero absoluto se ha visto que cuando una sustancia alcanza una temperatura cercana al cero absoluto como de medio nanokelvin (5*10-10K) dependiendo de la sustancia sea, se forma o el condensado de Fermi o el condensado de Bose-Einstein (estados de agregación de la materia en los que se presenta superfluidez). En ambos los átomos y moléculas alcanzan un nivel mínimo de energía. Otra curiosidad, el condensado de Bose-Einstein de átomos de sodio en estado inducido de translucidez tiene la capacidad de desacelerar la luz de 3*108 hasta 22 m/s. Sin embargo para hablar de ellos seria necesario entrar a mecánica cuántica así que no se hará mas mención de ellos, pero podes investigar bro.