UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE. FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE FÍSICAF CURSO FÍSICA II 2013 CLASE V Prof.

Transcripción

1 UNIERSIDAD NACIONAL DEL NORDESE FACULAD DE INGENIERÍA DEARAMENO DE FÍSICAF Y QUÍMICA CURSO FÍSICA II 2013 CLASE rof. Juan José Corace

2 CUANDO EMOS ESA ANIMACIÓN N ES ARA ENER EN CUENA EL CONCEO CONCEOS ISOS HASA AHORA: CONCEO de EMERAURA MEDIDA DE LA EMERAURA ESCALAS DE EMERAURAS

3 RINCIIO CERO DE LA ERMODINÁMICA MICA SISEMA 1 Equilibrio térmico SISEMA 2 Equilibrio térmico SISEMA 3 Equilibrio térmico ENORNO

4 EN EL ERMÓMERO MERO DE GAS A = CE En este termómetro metro la propiedad termométrica trica es la ocupada por el gas. Gay-Lussac realizó medidas con diferentes gases cuando el sistema estudiado era hielo y cuando el sistema era agua en ebullición

5 EXISE INDEENDENCIA CON LA CANIDAD DE GAS INRODUCIDA, LA RELACIÓN N ENRE AMBOS OLÚMENES ARIA OCO SEGÚN N QUÉ GAS SE USE EN EL ERMÓMERO: MERO: N 2 : 100 = 1, Aire: 100 = 1, O 2 : 100 = 1, H 2 : 100 = 1, Gas X i : 100 = 1, El coeficiente de expansión n térmicat de los gases es t ,00375C

6 SE COMROBÓ QUE LA SEMEJANZA ENRE LOS GASES ERA ANO MAYOR CUANO LA RESIÓN N DEL GAS ES MENOR. DE ESE MODO, HACEMOS UNA ABSRACCIÓN DENOMINADA GAS IDEAL, QUE SÓLOS NECESIA UN UNO FIJO DE EMERAURA CONOCIDA (( 0 ) ARA LA MEDIDA DE CUALQUIER ORA EMERAURA: 1. t 0

7 SI CREAMOS UNA ESCALA DE EMERAURAS: 1 LA MEDIDA DEL OLUMEN SERÁ SIMLEMENE ROORCIONAL A LA EMERAURA DEL SISEMA EN ESA ESCALA: t C 273, ,16.lim 0 3

8 SI CREAMOS UNA ESCALA DE EMERAURAS: 1 LA MEDIDA DE LA RESIÒN SERÁ SIMLEMENE ROORCIONAL A LA EMERAURA DEL SISEMA EN ESA ESCALA: t C 273, ,16.lim 0 3

9 COMARACIÓN N DE ESCALAS SI REEIMOS LAS OERACIONES DE UN ERMÓMERO MERO DE GAS ENRE LOS UNOS DE HIELO Y DE AOR: v COMO EN LA ESCALA CELSIUS: h lím 0 p h p p v h 100 SE OBIENEN LOS ALORES DE ESOS UNOS EN KELIN v h 1, , 15K h 373, 15K v

10 ESCALAS DE EMERAURAS ESCALA CERO ABSOLUO FUSIÓN N DEL HIELO EAORACIÓN Kelvin 0 K K K Reamur Re 0 Re 80.0 Re Centígrada C 0.01 C C Fahrenheit F 32 F F Rankine* 0 R R R COMARACIÓN N DE ESCALAS

11 QUE ROIEDADES FÍSICASF SE UEDEN EMLEAR ARA DEERMINAR EMERAURAS Y FABRICAR ERMÓMEROS? MEROS? DILAACIÓNN Y CONRACCIÓN ARIACIÓNN DE RESISENCIA ELÉCRICA OENCIAL ERMOELÉCRICO: EFECO SEEBECK RADIACIÓNN ELECROMAGNÉICA: ICA: IRÓMEROS INFRARROJOS IRÓMEROS ÓICOS

12 ( X ) ( X 3) X X 3 ( X ) 273,16 K X X 3 ( ( L ) ) 273,16 K 273,16 K L L 3 3 ( ) ( R ) 1 X 1 X 1 ( ) X X 273,16 K 273,16 K 3 R R 3

13 COEFICIENES ERMODINAMICOS COEFICIENES ERMODINAMICOS ] a [ 1 1 k 1 RELACIONES ENRE ROIEDADES ERMODIN RELACIONES ENRE ROIEDADES ERMODINÁMICAS, MICAS, MAEM MAEMÁICAMENE SON DERIADAS ARCIALES DE UNA ARIABLE ICAMENE SON DERIADAS ARCIALES DE UNA ARIABLE RESECO DE ORA: RESECO DE ORA:

14 COEFICIENES ERMODINAMICOS COEFICIENES ERMODINAMICOS CALOR ESECIFICO CALOR ESECIFICO COEFICIENE DE DILAACION LINEAL: COEFICIENE DE DILAACION LINEAL: COEFICIENE DE COMRESIBILIDAD COEFICIENE DE COMRESIBILIDAD: 1 L L L 1 L L 1 kgk J Q m 1 h Q m 1 C 1 0 a 1 1

15 IOS DE ERMÓMEROS MEROS ERMOMERÍA A OR MEDIO DE: GASES RESIÓNN DE AOR RESISENCIA ELÉCRICA DE MEALES ALEACIONES MEÁLICAS DE SEMICONDUCORES ERMÓMEROSMEROS DE CARBONO CAACIANCIA ELÉCRICA ERMÓMEROSMEROS ACÚSICOS ERMOCULAS RESIÓNN DE AOR DE HELIO-3 RESISENCIAS SEMICONDUCORAS ERMÓMEROSMEROS ARAMAGNÉICOS ERMÓMEROMERO DE ORIENACIÓN N NUCLEAR

16 IOS DE ERMÓMEROS MEROS IO DE ERMÓMERO MERO RANGO NOMINAL COSO LINEALIDAD CARACERÍSICAS NOABLES DE MECURIO -10 A 300 BAJO BUENA SIMLE, LENO Y LECURA MANUAL ERMORESISENCIA t Ni RD (RESISANCE EMERAURE DEICE) -100 A 850 ALO ALA EXACIUD ERMOCULA -150 A 1500 BAJO ALA REQUIRE REFERENCIA DE EMERAURA ERMISOR -15 A 115 MEDIO NO LINEAL MUY SENSIBLE INEGRADO LINEAL? MEDIO MUY ALA FÁCIL CONEXIÓN N A SISEMA DE OMA DE DAOS DE GAS -20 A 100 MEDIO BUENA NO MUY ERSÁIL DIODOS -200 A 50 BAJO ALA BAJO COSO

17 GASES ERFECOS O IDEALES

18 LEY DE BOYLE-MARIOE "AA EMERAURA CONSANE, LOS OLÚMENES DE UNA MASA GASEOSA SON INERSAMENE ROORCIONALES A LAS RESIONES QUE SOORA." Cte

19 LEY DE CHARLES (1787) CHARLES OBUO EXERIMENALMENE LA RELACIÓN ENRE y ; A RESIÓN N CONSANE t (1. t ) ,16 0, O bien en función de los volúmenes específicos: v t v (1. t ) 0

20 LEY DE GAY LOUSSAC ESA LEY EXRESA QUE MANENIENDO EL OLUMEN CONSANE LOS CAMBIOS DE EMERAURA SON ROORCIONALES A LOS CAMBIOS DE RESION t (1. t ) 0 t = presión del gas a la temperatura t y 0 =CE 0 = presión del gas a t=0 ºC y 0 =CE β = coef. de tensión del gas, 1/273,16 = 0,003665

21 LEY DE AOGADRO DEENDENCIA DE LA CONCENRACIÓN LA CANIDAD DE MAERIA SE DESCRIBE EN FUNCIÓN N DEL NÚMERON DE MOLES. ESA UNIDAD DE MAERIA SE CORRESONDE A UN NÚMERON DE ARÍCULAS DADO OR LA CONSANE DE AOGADRO N = x mol -1 SIMBÓLICAMENE LA LEY DE AOGADRO SE DESCRIBE COMO: n = n m

22 LA ECUACIÓN N DEL GAS IDEAL COMBINO LAS RES LEYES QUE DESCRIBEN AL GAS ERFECO: 1/ = k 1.1/ LEY DE BOYLE = k 2. LEY DE CHARLES = k 3.n LEY DE AOGADRO n = k SE UEDE CONCLUIR QUE: = [k[ 1.1/ ][k 2. ][k 3.n] DONDE k 1 k 2 k 3 =R R=constante de los gases ideales.=n.r.

23 EL ALOR DE R ES INDEENDIENE DE LA NAURALEZA DEL GAS, Y SUS UNIDADES EN EL SISEMA INERNACIONAL (SI) ES: kcal kg C kj kg. K AMBIEN SON DE USO CORRIENE: kgm kg C ft lbm lb R litros mol atm K

24 ECUACIÓN N QUE DESCRIBE EL COMORAMIENO DEL GAS ERFECO: = mr haciendo /m = v v = R donde R = v/ ADEMÁS S COMO = 1/ = R Rp R M v m v m DONDE M = m/n RESUMIENDO

25 QUE OCURRE EN LA MEZCLA DE GASES CONSIDEREMOS N A MOLES DE UN GAS A ENCERRADO EN UN RECIIENE DE OLUMEN A LA EMERAURA.. DE ACUERDO CON LA LEY DEL GAS ERFECO, LA RESIÓN N EJERCIDA OR ESE GAS SERÁ: A B n n A B R R

26 CADA GAS EJERCERÁ LA RESIÓN N A Y B, DE MANERA QUE LA RESIÓN N OAL ( ) DEL SISEMA SERÁ LA SUMA DE LAS RESIONES ARCIALES: = A + B n A n B R DONDE (n( A + n B ) RERESENA EL NÚMERON OAL DE MOLES GASEOSOS, N, ENONCES: n R

27 LA CANIDAD DE MAERIA CORRESONDIENE A CADA UNA DE LAS SUSANCIAS GASEOSAS SE UEDE EXRESAR EN FUNCIÓN N DE LA CANIDAD OAL A RAÉS S DE LAS FRACCIONES MOLARES, X, DE ACUERDO CON: x A n n A x B n n B x. A A x. B B i n i. n i i x i

28 MODELO MOLECULAR ARA EL GAS ERFECO I) EL GAS SE DESCRIBE COMO UNA COLECCIÓN N DE ARÍCULAS IDÉNICAS DE MASA M EN MOIMIENO ALEAORIO CONINUO, QUE SE MUEEN EN LÍNEAL RECA. II) SE CONSIDERA QUE LAS ARÍCULAS SON COMO UNOS, ES DECIR, NO IENE OLUMEN III) LAS ARÍCULAS SE MUEEN SIN INERACUAR UNAS CON ORAS, EXCEO OR LAS COLISIONES DERIADAS DE SU CONINUO MOIMIENO I) ODAS LAS COLISIONES (DE LAS ARÍCULAS ENRE SÍS Y CON EL RECIIENE QUE LAS CONIENE) SON ELÁSICAS, ES DECIR, QUE MANIENEN SU ENERGÍA A RASLACIONAL DESUÉS S DEL CHOQUE ) LA E C MEDIA DE LAS ARÍCULAS ES ROORCIONAL A LA EMERAURA ABSOLUA DEL GAS

29 CALCULO DE R v lim 0 R Si v= 22.4 lts/mol = 1 Atm y = K R v 1atm.22,4lts / mol 273,15K R atm. lts mol. K

30 CONSANE UNIERSAL DE LOS GASES ALOR DE R UNIDADES 8, , , , , , ,7314 J mol - 1 K -1 a m 3 mol - 1 K -1 cal mol - 1 K -1 BU lbmol - 1 ºR -1 atm L mol - 1 K -1 atm cm 3 mol - 1 K -1 psia pie 3 lbmol - 1 ºR -1

31 GASES REALES ECUACIÓN N DE AN DER WAALS. FACOR DE COMRESIBILIDAD

32 LEY DE LOS ESADOS CORRESONDIENES: Cualquier sustancia tiene el mismo volumen reducido a la misma temperatura y presión n reducida. Gases diferentes en estados correspondientes se comportan de la misma manera, denominándose ndose estados correspondientes a aquellos a los que le corresponden iguales parámetros reducidos. r = /c r = /c c r = /c c

33 EN GENERAL, SE UEDE ENSAR EN LA EXISENCIA DE UNA ECUACIÓN N DE ESADO DE LA FORMA: f *.v * N, con lim N 0 N 2 N N N k a b 2 3 R 3... k a ( ).( v b ) v 2 R R a ( v b ) v 2

34 AN DER WAALS INENÓ MEJORAR LA ECUACIÓN N DE ESADO DE GAS IDEAL, AL INCLUIR DOS DE LOS EFECOS NO CONSIDERADOS EN EL MODELO DE GAS IDEAL: LAS FUERZAS DE ARACCIÓN INERMOLECULARES Y EL OLUMEN QUE OCUAN LAS MOLÉCULAS OR SÍ MISMAS

35 FACOR DE COMRESIBILIDAD ESE FACOR NOS DA UNA MEDIDA DE LA DESIACIÓN N DEL COMORAMIENO DE UN GAS RESECO A UN GAS IDEAL. Z R Z actual ideal ideal R Importante: NO CONFUNDIR ESE FACOR CON EL COEFICIENE DE COMRESIBILIDAD DE UN GAS.

36 SIGNIFICADO DEL ALOR DE Z: Z SI EL ALOR DE Z ES IGUAL A 1 ESO INDICA QUE EL GAS SE COMORA COMO IDEAL. SI EL ALOR DE Z ES MAYOR O MENOR QUE 1 EL GAS SE COMORA COMO UN GAS REAL. MIENRAS MAS GRANDE SEA LA DESIACIÓN N DEL ALOR DE Z CON RESECO A 1, MAYOR ES LA DESIACIÓN N DEL COMORAMIENO RESECO AL COMORAMIENO IDEAL DEL GAS.

37 FIN CLASE ROXIMA CLASE 12 ABRIL 2013