Entalpia - Apuntes 5 PDF

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ENTALPIA La entalpía es la cantidad de energía contenida en una sustancia. Representa una medida termodinámica la cual viene figurada con la letra H en mayúscula, la variación de esta medida muestra la cantidad de energía atraída o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la proporción de energía que un sistema transfiere a su entorno. El término entalpía se deriva del griego “enthalpos” que significa calentar. La entalpía suele manejarse dentro del contexto termodinámico para referirse a la cantidad de energía que se encuentra en movimiento al producirse una presión constante sobre un objeto material. La entalpía termodinámica viene expresada en joule (unidad de medida utilizada en el cálculo de energía, trabajo y calor), y su fórmula es la siguiente: H= U+ PV. Existen tres tipos de entalpía: Entalpía de formación: representa la cantidad de calor que se absorbe o se descarga cuando se produce un mol de un compuesto. Esta entalpía será negativa, cuando provenga de una reacción exotérmica, es decir que libera calor, mientras que será positiva, cuando es endotérmica (absorbe el calor). Entalpía de reacción: representa la variación de entalpías en formación, es decir, la cantidad de calor atraído o liberado, en una reacción química cuando ésta sucede a presión constante. El valor de la entalpía variará dependiendo de la presión y la temperatura que presente dicha reacción química. Entalpía de combustión: representa el calor descargado, a una presión constante, al momento de quemar un mol de sustancia. Al referirse a una clase de reacción en donde se libera calor, se está hablando de una reacción exotérmica, por lo que la variación de entalpía será negativa. Entalpía estándar: es la variación de entalpía que se origina dentro de un sistema cuando una unidad similar de materia, se altera a través de una reacción química bajo condiciones normales. Entalpía de solidificación: se refiere a la cantidad de energía que es conveniente liberar, para que un mol de sustancia, con temperatura y presión constante, se traslade de un estado sólido a un estado líquido. Entalpía de vaporización: es aquella donde la energía debe consumirse para poder vaporizar un mol de sustancia, es decir, pasar de un estado líquido a uno

gaseoso. Como la energía atraída está en forma de calor, se está frente a un proceso endotérmico, por lo tanto, la variación de la entalpía será positiva.

ENTROPIA La entropía puede ser la magnitud física termodinámica que permite medir la parte no utilizable de la energía contenida en un sistema. Esto quiere decir que dicha parte de la energía no puede usarse para producir un trabajo. Se entiende por entropía también a la medida del desorden de un sistema. En este sentido, está asociada a un grado de homogeneidad. La entropía de formación de un compuesto químico se establece midiendo la que conforma a cada uno de sus elementos constituyentes. A mayor entropía de formación, más favorable será su formación. En la teoría de la información, la entropía es la medida de la incertidumbre que existe ante un conjunto de mensajes (de los cuales sólo se recibirá uno solo). Se trata de una medida de la información que es necesaria para reducir o eliminar la incertidumbre. Otra manera de entender la entropía es como la cantidad media de información que contienen los símbolos transmitidos. Palabras como “el” o “que” son los símbolos más frecuentes en un texto pero, sin embargo, son los que aportan menos información. El mensaje tendrá información relevante y máxima entropía cuando todos los símbolos son igualmente probables.

CALOR ESPECÍFICO El calor específico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masa para elevar la temperatura un grado Celsio. La relación entre calor y cambio de temperatura, se expresa normalmente en la forma que se muestra abajo, donde c es el calor específico. Esta fórmula no se aplica si se produce un cambio de fase, porque el calor añadido o sustraído durante el cambio de fase no cambia la temperatura.

El calor específico del agua es 1 caloría/gramo °C = 4,186 julios/gramo °C que es más alto que el de cualquier otra sustancia común. Por ello, el agua desempeña un papel muy importante en la regulación de la temperatura. El calor específico por gramo de agua es mucho más alto que el de un metal, como se describe en el ejemplo agua-metal. En la mayoría de los casos es más significativo comparar los calores específicos molares de las sustancias. De acuerdo con la ley de Dulong y Petit, el calor específico molar de la mayor parte de los sólidos, a temperatura ambiente y por encima, es casi constante. A más baja temperatura, los calores específicos caen a medida que los procesos cuánticos se hacen significativos. El comportamiento a baja temperatura se describe por el modelo Einstein-Debye para el calor específico.

COEFICIENTE DE FRICCIÓN EN LOS MATERIALES. Se define a la fricción como una fuerza resistente que actúa sobre un cuerpo, que impide o retarda el deslizamiento de este respecto a otro o en la superficie que este en contacto. Esta fuerza es siempre tangencial a la superficie en los puntos de contacto con el cuerpo, y tiene un sentido tal que se opone al movimiento posible o existente del cuerpo respecto a esos puntos. Por otra parte estas fuerzas de fricción están limitadas en magnitud y no impedirán el movimiento si se aplican fuerzas lo suficientemente grandes.

Esta fuerza es la causante, por ejemplo, de que podamos andar (cuesta mucho más andar sobre una superficie con poco rozamiento, hielo, por ejemplo, que por una superficie con rozamiento como, por ejemplo, un suelo rugoso). La experiencia nos muestra que: La fuerza de rozamiento entre dos cuerpos no depende del tamaño de la superficie de contacto entre los dos cuerpos, pero sí depende de cual sea la naturaleza de esa superficie de contacto, es decir, de que materiales la formen y si es más o menos rugosa. La magnitud de la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos en contacto es proporcional a la normal entre los dos cuerpos, es decir: Fr = m·N Donde m es lo que conocemos como coeficiente de rozamiento. Existe rozamiento incluso cuando no hay movimiento relativo entre los dos cuerpos que están en contacto. Hablamos entonces de Fuerza de rozamiento estática. Por ejemplo, si queremos empujar un armario muy grande y hacemos una fuerza pequeña, el armario no se moverá. Esto es debido a la fuerza de rozamiento estática que se opone al movimiento. Si aumentamos la fuerza con la que empujamos, llegará un momento en que superemos está fuerza de rozamiento y será entonces cuando el armario se pueda mover. Una vez que el cuerpo empieza a moverse, hablamos de fuerza de rozamiento dinámica. Esta fuerza de rozamiento dinámica es menor que la fuerza de rozamiento estática., podemos así establecer que hay dos coeficientes de rozamiento: el estático, me, y el cinético, mc, siendo el primero mayor que el segundo:

Tabla de factores de fricción de diferentes materiales Valores del ángulo δ para diferentes interfaces (después NAVFAC) Materiales de interfaz

Factor de fricción tg(δ)

Ángulo de fricción δ°

Masa de hormigón en la seguida base de materiales: Sonido de roca limpio

0,7

35

Gravilla limpia , mezcla de gravilla y arena , arena gruesa

0,55 - 0,6

29 - 31

Arena fina limpia a media , arena media a gruesa limosa, arena gruesa limosa a gravilla arcillosa

0,45 - 0,55

Arena fina limpia, arena limosa o limpia arcillosa a media

0,35 - 0,45

19 - 24

Arena fina limosa, limosa o plástica

0,30 - 0,30

17 - 19

Arcilla muy rígido y difícil residual o arcilla pre-consolidada

0,40 - 0,50

22 - 26

Arcilla Media rígida, arcilla rígida y arcilla limosa

0,30 - 0,35

17 - 19

Gravilla limpia, mezcla de arena-gravilla, rocas bien clasificadas rellena de ripio

0,4

22

Arena limpia, mezcla de arena limosa –gravilla, tamaño único de rocas pesadas rellenas

0,3

17

Arcilla arenosa, gravilla o arena mezclada con limo o arcilla

0,25

14

Arena fina y limosa, limo no plástico

0,20

11

0,40 - 0,50

22 - 26

0,3 - 0,4

17 - 22

Arcilla arenosa, gravilla o arena mezclada con limo o arcilla

0,3

17

Arena fina y limosa, limo no plástico

0,25

14

Vestidos en: rocas suaves o rocas suaves

0,7

35

Vestidos en: rocas duras o rocas suaves

0,65

33

Vestidos en: rocas duras o rocas duras

0,55

29

Mampostería en madera (grano bruto)

0,5

26

Acero en acero en muro de tablestaca

0,3

17

Pilotes de acero contra los siguientes suelos:

Formado de hormigón o láminas de hormigón vs los siguientes suelos: Gravilla limpia, mezcla de arena-gravilla, rocas bien clasificadas rellena de ripio Arena limpia, mezcla de arena limosa –gravilla, tamaño único de rocas pesadas rellenas

Diversos materiales estructurales:...