Sustancia Pura
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Tema 3 – Sustancia Pura Postulado de estado • El número de propiedades independientes que definen un estado de equilibrio en un sistema, es igual al número de trabajo cuasiestáticos más uno. • Sistema simple: un solo trabajo cuasiestático => 2 variables independientes. • Sistema simple compresible: sólo trabajo cuasiestático de cambio de volumen (PdV). Termodinámica Curso 2006-2007 Regla de las fases de Gibbs L+F=C+2 • L=número de grados de libertad o varianza • F=número de fases • C=número de componentes • C=1 (sust. pura), F=1 (una fase) => L=2 (P y T indep.) • C=1 (sust. pura), F=2 (2 fases) => L=1 (P=P(T) ó T=T(P)) • C=1 (sust. pura), F=3 (3 fases) => L=0 (punto triple) Termodinámica Curso 2006-2007 Ecuaciones de estado • Ecuación de estado térmica: f(P,v,T)=0 suele ser P=P(v,T) ó P=P(ρ,T) • Ecuación de estado energética: f(u,P,T)=0 suele ser u=u(P,T) ó h=h(P,T) H=U+PV (entalpía) h=u+Pv=u+P/ρ (entalpía específica) Termodinámica Curso 2006-2007 Coeficientes • Son primeras derivadas de las ecuaciones de estado. • Ec. estado térmica: coeficientes termoelásticos • Ec. estado energética: coeficientes calóricos: U/m = u = u(T,v) ⎛ ∂u ⎞ ⎛ ∂u ⎞ du = ⎜ ⎟ dT + ⎜ ⎟ dv = cV dT + lT dv ⎝ ∂v ⎠T ⎝ ∂T ⎠V H/m = h = h(T,P) ⎛ ∂h ⎞ ⎛ ∂h ⎞ dh = ⎜ ⎟ dT + ⎜ ⎟ dP = cP dT + λT dP ⎝ ∂P ⎠T ⎝ ∂T ⎠ P Termodinámica Curso 2006-2007 Procesos básicos (sis. compresibles) • Volumen constante: isocoro • Presión constante: isobaro • Temperatura constante: isotermo Termodinámica Curso 2006-2007 Proceso isocoro Q-W=ΔU => (Q-Wd)V=ΔU (si no hay Wd: QV =ΔU) • La variación de energía interna es el calor comunicado a volumen constante. Medida de T V constante, conocido Medida de P Aporte de Q y medida de ΔU Termodinámica Curso 2006-2007 Proceso isobaro Q-W=ΔU => (Q-Wd)P=ΔU+PΔV=Δ(U+PV)=ΔH (si no hay Wd: QP =ΔH) • La variación de entalpía es el calor comunicado a presión constante. P constante, conocida Medida de T Medida de V Aporte de Q y medida de ΔH Termodinámica Curso 2006-2007 Proceso isotermo T1 P P2 Isoterma P1 T1 V2 V1 V Termodinámica Curso 2006-2007 Evaporación isobara T Vapor húmedo Vapor saturado Líquido saturado vf Termodinámica vg v Curso 2006-2007 Isobaras en diagrama T-v Punto crítico T Líquido subenfriado Vapor sobrecalentado Vapor húmedo Vapor saturado Líquido saturado v Termodinámica Curso 2006-2007 Fusión-solidificación isobara Sustancia normal: dilata al fundir (vs<vf) T T Agua y otras sustancias: contraen al fundir (vs>vf) ρs > ρf ρs < ρf 4 °C (mínimo v, máxima ρ) 0 °C vs Termodinámica vf v vf vs v Curso 2006-2007 Densidad del agua Termodinámica Curso 2006-2007 Isobaras en diagrama T-h vapor sobrecalentado v cP h g vapor saturado (en equilibrio con su líquido) Entalpía de vaporización (hfg) vapor húmedo Entalpía de fusión (hsf) cP f f s cP s líquido saturado (en equilibrio con su sólido) sólido saturado (en equilibrio con su líquido) Tfusión Termodinámica líquido saturado (en equilibrio con su vapor) L Tvaporización T Curso 2006-2007 Esquema de la superficie P-v-T Termodinámica Curso 2006-2007 Superficie P-v-T de sustancia normal Termodinámica Curso 2006-2007 Superficie P-v-T del agua Termodinámica Curso 2006-2007 Proyecciones: P-T y P-v Termodinámica Curso 2006-2007 Diag. P-T del agua (diagrama fases) Termodinámica Curso 2006-2007 Isotermas en P-v Termodinámica Curso 2006-2007 Diagrama T-s: isolíneas Termodinámica Curso 2006-2007 Diagrama h-s: isolíneas Termodinámica Curso 2006-2007 Diagrama P-h: isolíneas Termodinámica Curso 2006-2007 Modelos extremos de sustancia Termodinámica Curso 2006-2007 Termodinámica Curso 2006-2007 Termodinámica Curso 2006-2007
