Lenguaje termodinámico. Práctica 1 Laboratorio de Termodinámica Ciclo

Transcripción

1 Lenguaje termodinámico Práctica 1 Laboratorio de Termodinámica Ciclo

2 Objetivo Que el alumno reflexione sobre la importancia de conocer, saber el significado, identificar, entender y aplicar adecuadamente los términos del LENGUAJE TERMODINÁMICO para establecer comunicación con el profesor y de esta manera iniciar el proceso de enseñanza aprendizaje de la Termodinámica Clásica. 2

3 Cuestionario previo 1. Qué estudia la fisicoquímica? 2. Qué estudia la termodinámica clásica? 3. Definir los siguientes conceptos: Comunicación Lenguaje Lenguaje científico 4. Explicar la importancia de tener un lenguaje común para estudiar termodinámica clásica. 5. Investigar en diferentes referencias bibliográficas la definición y sinónimos de los siguientes términos. 3

4 Fisicoquímica La rama de la Química que estudia las propiedades físicas y la estructura de la materia, así como las leyes y teorías de los cambios físicos y químicos. El propósito principal es el de ORGANIZAR, expandir y SISTEMATIZAR las leyes y teorías que sirven de base para toda la química. Cinética Termodinámica clásica estadística 4

5 Termodinámica clásica Es una ciencia fenomenológica que estudia las transformaciones de la energía y la predicción de cambios en la naturaleza. Se ocupa solamente de sistemas en equilibrio y desde un punto de vista macroscópico. No considera el tiempo de transformación, se centra en los estados inicial y final de un sistema sin mostrar ninguna curiosidad por la velocidad con que tal cambio se produce. 5

6 Universo Termodinámico 6

7 7

8 Sistema Termodinámico PORCIÓN DEL UNIVERSO FÍSICO que nosotros consideramos para su estudio. El sistema está confinado a un lugar definido en el espacio por las paredes (o frontera) que lo separan del resto del universo. Los alrededores (frontera o vecindad) es la parte del universo más cercana al sistema con la cual puede interaccionar. 8

9 Clasificación de los sistemas (Interacción con sus alrededores) 9

10 Clasificación de los sistemas (Número de fases) Sistema homogéneo Sistema heterogéneo Consta de una sola fase Consta de dos o más fases Se define por fase la porción homogénea del sistema, físicamente diferenciable y separable mecánicamente. 10

11 PARED (LÍMITE, FRONTERA) CLASIFICACIÓN Tipo de pared Rígida Móvil Permeable Semipermeable Impermeable Adiabática Diatérmica Aislante Interacción entre el sistema y su entorno No hay modificación del volumen Hay modificación del volumen Hay paso de materia Hay paso de materia (en forma selectiva) No hay paso de materia No hay interacción térmica Sí hay interacción térmica No hay ningún tipo de interacción 11

12 Alrededor (vecindad, entorno, contorno, medio ambiente) Es la parte del universo que puede interaccionar con el sistema. Ejemplo: Al estudiar la presión de un gas en función de la temperatura, debemos poner al gas en un recipiente cerrado (donde se haya hecho vacío) en un baño a temperatura constante y conectar un manómetro al recipiente para medir la presión. gas Sistema gas contenido en el recipiente Características sistema cerrado y homogéneo Paredes Entorno impermeables, diatérmicas, rígidas y una no rígida baño de temperatura constante y el mercurio del manómetro 12

13 Propiedades (variables o coordenadas) CONJUNTO de atributos macroscópicos susceptibles de medirse experimentalmente, a los cuales pueden asignarse valores numéricos y que proporcionan información sobre el estado de un sistema. 13

14 PROPIEDADES TERMODINÁMICAS Intensivas o Constitutivas Son independientes de la masa del sistema Ej: presión, temperatura, densidad, capacidad térmica específica Extensivas o Aditivas Dependen de la masa del sistema Ej: masa, volumen, área, capacidad térmica 14 LCE/2003

15 Estado de un sistema Condición particular del sistema para la cual han sido asignados valores numéricos a las variables de estado. 15

16 Cambio de estado En termodinámica, un sistema experimenta un cambio de estado siempre y cuando una o más de una de las propiedades termodinámicas que definen el estado del sistema cambia sus valores. El término cambio de estado no se debe confundir con el término 16

17 Función de Estado Propiedad macroscópica (energía interna, entalpía, entropía, etc.) que depende solamente de los estados inicial y final del sistema, y no de la trayectoria que siga para efectuar el cambio. Su diferencial es exacta. 17

18 Función de Trayectoria Propiedad cuyo valor depende de la trayectoria seguida para pasar del estado inicial al estado final. 18

19 Equilibrio Un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico si los valores numéricos asignados a las variables termodinámicas que lo describen, cuando el sistema es aislado, no varían con el tiempo. Implica equilibrio térmico, mecánico, eléctrico y químico. 19

20 Proceso Mecanismo mediante el cual un sistema cambia de estado. Un proceso se define por el estado inicial, el estado final y la trayectoria seguida. Dos procesos que comienzan en el mismo estado inicial y terminan en el mismo estado final, pero suceden por trayectorias diferentes son procesos distintos. 20

21 Clasificación de los procesos (naturaleza del proceso) Reversible Ocurre como una sucesión de estados que se encuentran infinitesimalmente cerca del equilibrio; cambios infinitesimales en las condiciones pueden devolver al sistema y a su entorno a sus estados iniciales. Irreversible Es imposible anular sus efectos en el sistema y en los alrededores. (todos los procesos en la vida real) 21

22 Clasificación de los procesos (restricciones impuestas) Isobárico (P=cte) Isotérmico (T=cte) Isocórico (V=cte) Adiabático (Q=0) 22

23 Número de componentes Cantidad de compuestos o sustancias presentes en un sistema, sin importar su estado de agregación o afinidad entre ellos. AIRE, REFRESCO: 23

24 Problema Que los alumnos ejemplifiquen con material de uso cotidiano algunos de los términos de lenguaje termodinámico investigados en el cuestionario previo. 24

25 Procedimiento experimental SELECCIONAR DOS EJEMPLO Y realizar diferentes tipos de sistemas, clasificarlos y explicarlos. 25

26 Respuesta al problema propuesto: Objeto de estudio (esquema) Sistema Alrededor Componentes del sistema Fases Paredes Clasificar el sistema por a) Su interacción con el ambiente b) Número de fases 26

27 Reflexionar y responder (en el reporte) 1. Qué son los sistemas termodinámicos? 2. Qué paredes permiten el paso de energía térmica? 3. Qué tipo de paredes permiten la variación de volumen? 4. Qué parámetros caracterizan el estado de un sistema? 5. Qué permite modificar el estado de un sistema? 6. Clasificar de acuerdo con el lenguaje termodinámico: las paredes de una hielera de unicel la piel o cáscara del rábano, la jícama, la manzana, etc., el periódico que usan para cubrirse los indigentes 27

28 Un sistema formado por 6 moles de SO 2 se encuentra en un recipiente cerrado y modifica su volumen de 10 dm 3 a 150 L. Se desea calcular el trabajo reversible realizado por la muestra a la temperatura constante de 30 ºC mediante el uso de la ecuación de van der Waals. Indicar: El sistema seleccionado La sustancia o sustancias que forman el sistema El número de componentes del sistema El número de fases que tiene el sistema El tipo de frontera que limita al sistema El nombre de una propiedad intensiva El nombre de una propiedad extensiva El nombre del proceso realizado La clasificación del sistema por: a) su interacción con el entorno b) las fases que lo integran. 28

29 Decir si la siguiente aseveración es falsa (F) o verdadera (V) y justificar la respuesta: En un proceso cíclico las propiedades de estado tienen una variación (Δ) igual a cero. 29

30 Reporte El reporte se entregará por equipo con: Nombre de los integrantes del equipo, nombre y número de práctica Objetivos Datos experimentales Manejo de datos Análisis Cuestionario Conclusiones Bibliografía 30