Describe un proceso adiabático, uno isobárico, uno isovolumétrico y uno isotérmico.
Describe el proceso con una ecuación. Muestra cómo se ven estás curvas en el plano .
Proceso adiabático.
Este proceso en su sistema no pierde ni gana calor. En la primera ley de la termodinámica Q = 0 muestra que todos los cambios en la energía interna están en forma de trabajo realizado. Esto pone una limitación al proceso del motor térmico que le lleva a la condición adiabática. Está condición se puede usar para derivar expresiones del trabajo realizado durante un proceso adiabático.
Un proceso adiabático puede ser además isentrópico, esto quiere decir que el proceso puede ser reversible, el proceso adiabático tiene su base conceptual en la primera ley de la termodinámica.
Su término hace referencia a elementos que impiden la transferencia de calor con el entorno. Se define el coeficiente adiabático de un gas () a partir de las capacidades molares tomando distintos valores según el gas sea monoatómico o diatómico.
| | Monoatómico. | Diatómico. |
La condición adiabática es nos lleva a la expresión de trabajo:
Proceso isobárico.
Este proceso se rige por la ley de Charles. El francés Jacques A. Charles fue el primero en hace mediciones acerca de los gases que se expanden al aumentar su temperatura.
En termodinámica un proceso isobárico o isobara, es un cambio en el estado de una cierta cantidad de materia en la que la presión no cambia, pero si una o más de sus variables de estado.
Dado que es un proceso que ocurre a presión constante, el calor transferido a presión constante está relacionado con el resto de las variables, y es representado con la siguiente fórmula:
En donde:
• Q: Calor transferido
• U: Energía interna.
• P: Presión.
• V: Volumen.
También se pueden realizar con las siguientes fórmulas:
En donde:
• W1-2 es el trabajo realizado por el cambio de estado
• Q1-2 la cantidad de calor suministrado o eliminado
• P la presión
• V el volumen
• T la temperatura absoluta.
• n es la cantidad de polvo (expresada en moles)
• m es la masa de la sustancia.
• cp es el calor específico de la sustancia a calor constante.
• K es una razón igual al cociente del calor específico a presión constante y volumen constante, respectivamente.
Proceso isotérmico.
En termodinámica, un proceso isotérmico es una transformación termodinámica a temperatura constante, esto quiere decir, la variación del estado físico durante el cual la temperatura del sistema no cambia con el tiempo. Un ejemplo de ello, son los termostatos estos pueden mantener un valor de temperatura constante.
La transformación de un gas perfecto es descrita por la ley de Boyle, en un diagrama de presión-volumen por una rama de la hipérbola equilátera.
En este proceso la temperatura del sistema permanece de manera constante, para ello es necesario que el sistema se encuentre en contacto con un foco térmico que se define como una sustancia capaz de absorber o ceder calor sin modificar su temperatura.
Considerando ahora una transformación isotérmica finita reversible de un gas perfecto entre dos estados A y B a temperatura constante, el trabajo realizado por dicho gas perfecto durante la expansión isotérmica se calcula a partir de la primera ley de la termodinámica.
Escriba la ecuación de un gas ideal. ¿Qué relación existe entre “n”, “kB”, “R” y “NA”
La ecuación de un gas ideal explica la relación entre cuatro variables: presión (P), volumen (V), temperatura (T) y cantidad de sustancia (n). Un gas ideal, es un gas hipotético cuyo comportamiento de presión, volumen y temperatura ideal se puede describir completamente con la ecuación del gas ideal:
En donde:
• n = número de moles.
• R = constante universal de gas.
• N = Número de moléculas.
• K = Constante de Boltzmann =
• NA = Número de Avogadro =
Responde los siguientes problemas a partir de los datos que se presentan.
En condiciones normales (temperatura de 0ºC y presión de 1atm) la densidad de diferentes gases es de:
| Gas | Peso molecular “g” | Densidad |
| Nitrógeno | 28.016 | 0.0012505 |
| Aire | 28.96 | 0.0012928 |
| CO | 28.01 | 0.0012504 |
| O2 | 31.9988 | 0.0014276 |
A partir de estos datos, calcule el valor molar de los gases, ¿Qué conclusión puede obtener de ello?
Para poder calcular el valor molar de los gases que nos están proporcionando, debe de haber un valor positivo en la temperatura, sin embargo, la temperatura proporcionada es 0ºC y la presión es 1atm, para realizar este calcula se usa la ecuación:
Por consiguiente, el valor de la masa molar de los gases proporcionados es:
Por tanto, en condiciones normales todos los gases que se presentaron ocupan el mismo volumen.
Problema 1.
Un tanque contiene CO2, a una presión de 70atm y una temperatura de 250K. Suponiendo que el CO2 es un gas ideal y que el tanque tiene un volumen de 0.01m3, calcula la masa en kg-mol de CO2 que contiene el tanque y el incremento en la presión si la temperatura aumenta a 750K.
| | Fórmulas: |
|
| |
Problema 2.
Considere 30 g de nitrógeno que se encuentran a la temperatura de 40°C y a la presión de 760 mmHg, que se comprimen hasta un volumen de 15 litros. Determina el trabajo realizado sobre el gas.
Problema 3.
Un mol de gas ideal está en un estado A y ocupa un volumen de 10 litros a la presión de 4 atm. Posteriormente se expande isotérmicamente hasta un estado B que tiene la misma temperatura inicial ocupando un volumen de 20 litros. Calcula el trabajo realizado por el sistema. Dibuje el proceso en el diagrama PV.
Proceso 1. Expansión isobárica hasta el volumen de 20lt y enfriamiento isométrico.
Proceso 2. Expansión según la trayectoria A y B.
Proceso 3. Expansión isotérmica.
Proceso 4. Enfriamiento isométrico y expansión isobárica.
Es de vital importancia poder entender y conocer el modelo del gas ideal, ya que con ello podremos saber cuál es el comportamiento de un gas ideal. Un ejemplo de ello es el gas butano y cuál es su interacción y que rendimiento tiene un equipo que se use para usar este gas. Además, sirve para proporcionar información, como las emisiones a la atmósfera, también el comportamiento que tiene en el equipo.
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