Resolución de problemas en Termodinámica

Metodología propuesta para el curso Agosto-Diciembre 2013.

Versión PowerPoint aquí.

Tuits termodinámicos

Segunda Ley de la Termodinámica

Material elaborado por estudiantes del Instituto Tecnológico de Toluca.

Gases ideales

Las características generales de un gas incluyen no tener forma ni volumen definido, por lo que adquieren los del recipiente que los contiene; su densidad es baja en comparación con los líquidos y sólidos; y debido a que sus moléculas están muy dispersas los gases son muy compresibles.

Se dice que un gas presenta un comportamiento ideal cuando cumple lo siguiente:

1. Sus partículas están ampliamente separadas

2. Sus partículas están en movimiento constante

3. Las partículas no tienen ninguna interacción al desplazarse en el espacio (no existe atracción o repulsión entre ellas)

4. El volumen de las moléculas es muy pequeño y por lo tanto, despreciable

5. A presiones lo suficientemente bajas y temperaturas lo suficientemente altas, son gases que siguen u obedecen las leyes de Boyle, Charles y de Gay Lussac

Las leyes que rigen el comportamiento del gas ideal son las siguientes:

-Ley de Boyle: el volumen de un peso dado de gas, a temperatura constante, varía en razón inversa de la presión ejercida por el mismo.

PV=k

Donde k es una constante.

- Ley de Charles: el volumen de un peso constante de gas varía en proporción directa con la temperatura absoluta, a presión constante.

V=kT

Donde k es una constante.

- Ley de Gay-Lussac: la presión de un peso constante de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta, a volumen constante.

P=kT

Donde k es una constante.

- Hipótesis de Avogadro: nos dice que volúmenes de todos los gases bajo las mismas condiciones de temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas.

n=kV

Combinando las leyes anteriores con la hipótesis de Avogadro tendremos que:

PV=knT

Cambiando el símbolo para la constante, se tiene que:

PV=nRT

La ecuación anterior se conoce como ecuación de gas ideal y relaciona las propiedades de presión, volumen, masa y temperatura para un gas ideal. La constante R se conoce como constante universal de los gases. Su valor es de 0.08205 atm-L/gmol-K. Dicho valor se obtiene a partir del volumen molar estudiado en la unidad 1.

La ecuación de gas ideal también nos sirve para calcular la densidad de los gases, tal y como se muestra en los siguientes videos:

La presión de vacío explicada: ¿qué es el vacío?

Al vacío lo podemos definir como la ausencia total de materia en un determinado sistema o lugar. El vacío absoluto no puede alcanzarse por ningún medio ya que al ir eliminando la materia contenida en un sistema, la presión que lo rodea (debida a la atmósfera), "aplastaría" el sistema, impidiendo alcanzar un vacío absoluto. Es por esto que decimos que un sistema está al vacío en realidad nos referimos a un sistema (generalmente un gas) donde hay poca materia contenida, dicho de otra forma, su densidad de partículas es muy baja. Esto se da de manera natural en el espacio exterior (donde las partículas están a una gran distancia unas de otras) y de manera artificial a través de medios mecánicos como son las bombas de vacío.



Al contener una cantidad baja de materia, la presión absoluta de un sistema a vacío siempre será menor a la atmosférica.

Entre las cosas curiosas del vacío tenemos que el sonido no puede propagarse en este, ya que éste se produce por la vibración de un material y necesita por lo tanto de un medio como el aire para propagarse.

Retirar materia de un sistema no es la única forma de generar vacío. Si partimos de un vapor de cualquier sustancia, al cual lo enfriamos hasta que se condense, las partículas que originalmente ocupaban todo el espacio disponible en el sistema, ahora se distribuirán en un espacio menor, dejando una parte del sistema vacía (aunque en realidad no sea un vacío perfecto, pues habrá moléculas de la sustancia en fase gaseosa que estarán en equilibrio con su fase líquida). De esta forma también generamos vacío.

Para ver como se calcula la presión absoluta en un sistema de vacío visita esta entrada.

Cosas que no debes hacer, aunque parezcan divertidas...

Los siguientes experimentos fueron realizados tomando las precauciones de seguridad necesarias. No se recomienda que se intente su realización sin supervisión de personal técnico capacitado.

Sodio y agua, una combinación explosiva

Oxígeno líquido y algodón

Jugando con mercurio

¿Es buena idea 'cocinar' una batería de litio en un microondas?

Nitrógeno líquido y sandía

Permanganato de potasio y glicerina

Sodio, un huevo crudo y un poco de agua

Curso de Termodinámica en el Instituto Tecnológico de Zitácuaro

El Instituto Tecnológico de Zitácuaro actualmente ofrece ocho diferentes licenciaturas: ingeniería civil, ingeniería en sistemas computacionales, ingeniería industrial, ingeniería en gestión empresarial, ingeniería electromecánica, licenciatura en contaduría, licenciatura en informática y licenciatura en administración.

La página oficial de esta institución es: http://www.itzitacuaro.edu.mx

Algunas instantáneas del curso de Termodinámica llevado a cabo en el Instituto Tecnológico de Zitácuaro.

Edificio principal del I.T. Zitácuaro, originalmente era el casco de una hacienda

El I.T. Zitácuaro, sin duda uno de los tecnológicos más bonitos

Docentes de Ciencias Básicas, muy aplicados

Alrededores del I.T. Zitácuaro

Vista del gimnasio

Vista de los edificios

Videos ilustrativos: densidad

La densidad se define como la masa por unidad de volumen. mientras que la densidad relativa es la relación entre la densidad de un material y la densidad de una sustancia de referencia, a una temperatura especificada.

• La densidad de los gases varía con la temperatura y con la presión.
• La densidad de los líquidos varía con la temperatura (en menor medida). Prácticamente no cambia con la presión.
• La densidad de los sólidos no se ve afectada significativamente ni con la temperatura ni con la presión.
• La densidad relativa es adimensional.
• La densidad del agua a temperatura ambiente es de 1 g/cm^3 (62.3 lb/ft^3).
• Para los gases la sustancia de referencia es el aire. Para los gases debe especificarse presión y temperatura.

A continuación unos videos ilustrativos:

Flotabilidad y Arquímedes

Densidad del agua con sal

Densidad Relativa

Densidad de sólidos

Curiosa columna de aceite