Fisicoquímica - Conceptos Generales de Ley de los Gases Ideales, Gases reales y Terodinánica PDF

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Conceptos Generales de Ley de los Gases Ideales, Gases reales y Terodinánica...

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Fisicoquímica Fi si coQuí mi ca.Es t udi aelf undament of í s i c odel asl ey esdel aquí mi c a. gí a-di r ecc i óny Susc ampospr i nci pal essonl at er modi námi caquí mi ca-quees t udi al aener equi l i br i odel ast r ans f or mac i onesquí mi c as-yl ac i nét i c aquí mi ca-quees t udi al av el oc i dad c onl aquel asr eac ci onesocur r en. Lafi s i c oquí mi c ar epr esent aunar amadondeoc ur r e uncambi o de di v er s asc i enc i as ,c omo l aquí mi c a, l af í s i c a,t er modi námi ca,el ect r oquí mi cay l amecáni c ac uánt i cadonde f unc i onesmat emát i c as pueden r epr esent ar i nt er pr et ac i ones a ni v el mol ecul ar y at ómi c o es t r uct ur al .Cambi os en l a t emper at ur a,pr es i ón,v ol umen,cal oryt r abaj oenl os s i s t emas ,s ól i do,l í qui doy / ogas eosos eencuent r an t ambi én r el ac i onados a es t as i nt er pr et ac i ones de i nt er acc i onesmol ec ul ar es . Es t udi a l as pr opi edades c ol i gat i v as de l as s us t anc i as es t as pueden s er el ev aci ón ebul l osc ópi c aqueesc uandoal c anz aunl í qui dol a t emper at ur adeebul l i ci ónei gual aal aat mos f ér i ca, pr es i ón os mót i c a que es l a di f us i ón de l í qui dos a t r av és de una membr ana,desc ens o c r i osc ópi c o que es elni v elde c ongel ac i ón de una sol uc i ón y pr es i ón de v aporde un di s ol v ent equeesc uandos el eañadeuns ol ut onov ol át i l . Ent r eot r ascos asl afi s i c oquí mi cat ambi énes t udi a: o o o o

Cal ordec ombus t i ónques i r v epar ai dent i fi c arsól i dosor gáni c os . ect r ol i t osf uer t esydébi l es . Es t udi al ac onduc t i v i dadel éc t r i c adel ass us t anc i as ,el Adsor c i ónques i r v epar adet er mi narc onc ent r ac i ones . Separ amez c l ast er nar i asut i l i z andouns ol v ent eex t r ac t or . emát i cayl af í si c apar ar es ol v erpr obl emas Es t aár eat i enegr andesi mpl i c ac i onesc onl amat quí mi cos .Par as ues t udi ol afi s i coquí mi c as eapoy aenl ass i gui ent esár eas :  Mecáni caCuánt i ca:es t udi al ai nt er ac c i ónel ec t r omagnét i c ac onl aes t r uc t ur aat ómi c ay mol ecul ardel as us t anc i adees t udi o.  Bi ofisi coqui mi ca:ut i l i z al abi ol ogí apar ac onoc erl ai nt er acc i óndel ospr oc es os mol ecul ar esat r av ésdel afi s i coquí mi c a.  El ect r oquí mi ca:obs er v al ast r ans f or maci onesques es us c i t anenl amat er i aani v el mol ecul arc uandoest oc adaporunaondael éc t r i c a.  Ter modi námi ca:i nv es t i gal osc ambi osmol ec ul ar esdel amat er i ac uandos ons omet i dos enl oss i s t emasdeequi l i br i o.  Ci nét i caquí mi ca:anal i z al osc ambi osdel amat er i aat r av ésdelt i empoyelambi ent een elqueoc ur r en. 1

Losgas esi deal esesunas i mpl i fi c ac i óndel osgas esr eal esques er eal i z apar aes t udi ar l osde maner amáss enc i l l a.Ens íesungashi pot ét i coquec ons i der a:    

For madoporpar t í c ul aspunt ual essi nef ec t osel ec t r omagnét i cos . Lasc ol i s i onesent r el asmol éc ul asyent r el asmol éc ul asyl aspar edesesde t i po el ás t i c a,esdec i r ,s econser v aelmoment oyl aener gí ac i nét i ca. Laener gí ac i nét i c aesdi r ect ament epr opor c i onalal at emper at ur a. Losgasess eapr ox i man aungasi dealc uando s on ungasmono at ómi co,es t áa pr es i ónyt emper at ur aambi ent e.

Laecuac i óndelgasi deals ebas ac ondens al al eydeBoy l e,l adeGay Lus s ac ,l adeChar l es yl al eydeAv ogadr o.

Ecuación de los gases ideales

LeydeChar l es Cor r es ponden a l as t r ans f or mac i ones que ex per i ment a un gas c uando l a pr es i ón es c ons t ant e.Asít enemosque

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Cuando l at emper at ur as e ac er c a alc er o abs ol ut o,t odos l os gas es t i enden almi s mo c ompor t ami ent o. LeydeGayLussac Cor r es pondeal ast r as f or mac i onesques uf r e ungasi dealcuandoelv ol umen per manec e c ons t ant e.

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LeydeBoyl e Cor r es ponde a l as t r ans f or mac i ones que ex per i ment a un gas c uando s ut emper at ur a per manececons t ant e.

Lac ur v aquedes c r i beelgr áfi c oPv er s usVol umen,c or r es pondeaunai s ot ér mi c a,esdec i ra t odosl ospunt osdondel at emper at ur aesl ami s ma.

LeydeAv ogadr o Vol úmenesi gual esdedi s t i nt ass us t anc i asgas eos as ,medi dosenl asmi s masc ondi c i onesde pr es i ónyt emper at ur a,c ont i enenelmi s monúmer odepar t í c ul as .

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Las leyes de la termodinámica 5

Pr i mer ays egundal ey esdel at er modi námi cayc ómos eapl i c anas i s t emasbi ol ógi c os.

Introducción ¿Quét i podes i s t emaer es :abi er t ooc er r ado.Tú,c omot odosl oss er esvi v os ,er esuns i s t ema abi er t o,esdec i r ,i nt er c ambi asmat er i ayener gí acont uent or no.Porej empl o,t omasener gí a quí mi caenf or madeal i ment osyr eal i z ast r abaj os obr et uent or noalmov er t e,habl ar ,c ami nar yr es pi r ar . Todosl osi nt er c ambi osdeener gí aqueoc ur r endent r odet i( c omot usmuc hasr eacc i ones met aból i c as )yent r et úyt uent or no,puedens erdesc r i t osporl asmi s masl ey esdel af í s i c a, c omoi nt er c ambi osdeener gí aent r eobj et osc al i ent esyf r í osomol éc ul asdegasoc ual qui er ot r ac os aquepodr í asencont r arenunl i br odet ex t odef í s i c a.

Sistemas y sus alrededores Enl abi ol ogí a,l at er modi námi c as er efier eales t udi odel at r ans f er enc i adeener gí aques e pr oduceent r emol éc ul asoconj unt osdemol éc ul as .Cuandohabl amosdet er modi námi c a,el el ement o o conj unt o par t i c ul arde el ement os que nos i nt er es a( que podr í as eral go t an pequeñoc omounac él ul aot angr andec omounec os i s t ema)s el l amas i s t ema,mi ent r asque t odol oquenoes t ái nc l ui doenels i s t emaquehemosdefi ni dos el l amaal r ededor es .

Repr esent ac i óngener al i z adadels i s t ema( unc í r c ul o) ,elent or no( unc uadr ador odeandoal c í r cul o)yeluni v er s o( s i s t ema+ent or no) . Porej empl o,s i cal ent ar asunaol l adeaguaenl aes t uf a,elsi s t emapodr í ai nc l ui rl aes t uf a,l a ol l ayelagua,mi ent r asquel osal r ededor ess er í ant odol odemás :elr es t odel acoci na,l a c as a,elv ec i ndar i o,elpaí s ,elpl anet a,l agal ax i ayeluni v er s o.Ladec i s i óns obr equéesl oque s edefi nec omosi s t emaesar bi t r ar i a( dependedelobs er v ador ) ,ys egúnl oqueunoqui er a es t udi ar ,i guals epodr í acons i der ars ol oelagua,ot odal ac as a,c omopar t edelsi s t ema.El s i s t emayl osal r ededor esenc onj unt ocomponeneluni v er s o. Hayt r est i posdes i s t emasenl at er modi námi c a:abi er t o,cer r adoyai s l ado. 

Uns i s t emaabi er t opuedei nt er c ambi arener gí aymat er i ac ons uent or no.Elej empl ode l aes t uf as er í auns i s t emaabi er t o,por ques epuedeper derc al oryv apordeaguaenelai r e. 6



Uns i s t ema cer r ado,porelcont r ar i o,s ol o puede i nt er c ambi arener gí a con s us al r ededor es ,nomat er i a.Siponemosunat apamuybi enaj us t adasobr el aol l adelej empl o ant er i or ,s eapr ox i mar í aauns i s t emac er r ado.



Uns i s t emaai s l adoesquenopuedei nt er c ambi arnimat er i aniener gí ac ons uent or no. Es di f í c i lenc ont r ar s ec on si s t ema ai s l ado per f ec t o,per o una t az at ér mi ca c on t apa es c onc ept ual ment es i mi l arauns i s t emaai s l adov er dader o.Losel ement oseneli nt er i orpueden i nt er c ambi arener gí aent r es í ,l oqueex pl i c aporquél asbebi dasseenf r í anyelhi el os eder r i t e unpoc o,per oi nt er c ambi anmuypocaener gí a( c al or )c onelambi ent eex t er i or . Tú,c omo ot r os or gani s mos ,er es un s i s t ema abi er t o.Es t és o no cons c i ent e de el l o, c ons t ant ement ei nt er c ambi asener gí aymat er i ac ont uent or no. Losi nt er c ambi osdeener gí aqueoc ur r enenser esv i v ost i enenques egui rl asl ey esdel a f í s i c a.Enes t es ent i do,nos ondi f er ent esdel ast r ans f er enc i asdeener gí aen,di gamos ,un c i r cui t oel éc t r i c o.Veamosmásdecer c ac ómol asl ey esdel at er modi námi c a( l asr egl asf í s i cas s obr el at r ans f er enc i adeener gí a)s eapl i c anal oss er esv i v os .

La primera ley de la termodinámica Lapr i mer al eydel at er modi námi c api ens aengr ande:ser efier eal ac ant i dadt ot aldeener gí a en eluni v er s o,y en par t i c ul ardecl ar a que es t ac ant i dad t ot alno c ambi a.Di c ho de ot r a maner a,l aPr i mer al eydel at er mondi námi c adi cequel aener gí anos epuedec r earnides t r ui r , s ol opuedec ambi ar seot r ans f er i r s edeunobj et oaot r o.

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I magendeunc onodehel ado( ener gí aquí mi c a)ques et r ans f or maenelmov i mi ent odel os ni ñosalandarenbi c i c l et a( ener gí ac i nét i c a) . I magendels ol( ener gí al umi nos a)ques ec onv i er t eenaz ucar es( ener gí aquí mi c a)enuna hoj a. Es t al eypuedepar ec eral goabs t r ac t a,per os iempez amosav erl osej empl os ,enc ont r ar emos que l ast r ans f er enc i asyt r ans f or maci onesde ener gí a oc ur r en a nues t r o al r ededort odo el t i empo.Porej empl o: 

Losf oc ost r ans f or manener gí ael éc t r i c aenener gí al umi nos a( ener gí ar adi ant e) .



Una bol a de bi l l argol pea a ot r a,l o que t r ans fi er e ener gí ac i nét i c a yhac e que l a s egundabol asemuev a.



Las pl ant as c onv i er t en l a ener gí as ol ar ( ener gí ar adi ant e) en ener gí a quí mi c a al macenadaenmol éc ul asor gáni c as .



Túes t ast r ans f or mandol aener gí aquí mi c adet uúl t i mac omi daenener gí ac i nét i c a c uandocami nas ,r es pi r asymuev est udedopar ades pl az ar t ehac i aar r i bayhac i aabaj opor es t apági na. Loi mpor t ant eesqueni ngunadees t ast r ans f er enc i asesc ompl et ament eefi c i ent e.Enc ambi o, en cada s i t uac i ón,par t e de l a ener gí ai ni c i als el i ber ac omo ener gí at ér mi c a.Cuando l a . Es ener gí at ér mi c as emuev edeunobj et oaot r o,r ec i beelnombr emásf ami l i ardecal or obv i oquel osf ocosdel uzi ncandes c ent egener ancal orademásdel uz ,per ol asbol asdebi l l ar enmov i mi ent ot ambi énl ohac en( gr ac i asal af r i c c i ón) ,c omol ohacenl ast r ans f er enc i asde ener gí aquí mi c ai nefi c i ent esdelmet abol i s mov eget alyani mal .Par av erporquél agener ac i ón dec al oresi mpor t ant e,si guel ey endos obr el as egundal eydel at er modi námi c a.

La segunda ley de la termodinámica A pr i mer av i s t a,l apr i mer al eyde l at er modi námi capuedepar ec eruna gr annot i c i a.Sil a ener gí anunc as ec r eanis edes t r uy e,es osi gni fi c aquel aener gí apuedes i mpl ement es er r ec i c l adaunayot r av ez ,¿c i er t o? Pues . . .s íyno.Laener gí anopuedes erc r eadanidest r ui da,per opuedecambi ardef or mas másút i l esaf or masmenosút i l es .Lav er dadesque,enc adat r ans f er enc i aot r ans f or mac i ón deener gí aenelmundor eal ,c i er t ac ant i daddeener gí as ec onv i er t eenunaf or maquees i nut i l i z abl e( i ncapazder eal i z art r abaj o) .Enl amay or í adel oscas os ,es t aener gí ai nut i l i z abl e adopt al af or madecal or . Aunquedehec hoelcal orpueder eal i z art r abaj obaj ol asc i r c uns t anc i ascor r ec t as ,nuncas e puedeconv er t i renot r ost i posdeener gí a( quer eal i c ent r abaj o)c onunaefi c i enc i adel100%. Porl oquec adav ezqueoc ur r eunat r ans f er enc i adeener gí a,c i er t acant i daddeener gí aút i l pas adel ac at egor í adeener gí aút i lal ai nút i l .

El calor aumenta lo aleatorio del universo

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Sielc al ornor eal i z at r abaj o,ent onc es¿quéhac eex ac t ament e ?Elc al orquenor eal i z at r abaj o aument al aal eat or i edad( des or den)deluni v er so .Es t opuedepar ec erungr ans al t odel ógi ca, as íquev amosadarunpas oat r ásyv ercómopuedes er . Cuando t i enes dos obj et os ( dos bl oques delmi s mo met al ,porej empl o)a di f er ent es t emper at ur as ,t us i s t emaes t ár el at i v ament eor gani z ado:l asmol écul ases t áns epar adaspor v el oc i dad,enelobj et omásf r í os emuev enl ent ament eyenelobj et omáscal i ent es emuev en r ápi dament e.Sifluy ec al ordelobj et omásc al i ent ehac i aelobj et omásf r í o( comos uc ede espont áneament e) ,l asmol éc ul asdelobj et oc al i ent edi s mi nuy ens uv el oc i dad,yl asmol éc ul as delobj et of r í oaument ans uv el oc i dad,has t aquet odasl asmol écul ass ees t énmov i endoal a mi s mav el oci dadpr omedi o.Ahor a,enl ugardet enermol éc ul ass epar adaspors uv el oc i dad, s i mpl ement et enemosungr anc onj unt odemol éc ul asal ami s mav el oc i dad,unasi t uac i ón menosor denadaquenuest r opunt odepar t i da. Els i s t emat ender áamov er s ehac i aes t aconfigur ac i ónmásdes or denadas i mpl ement epor que eses t adí s t i c ament emáspr obabl equel ac onfi gur ac i óndet emper at ur ass epar adas( esdec i r , hay muc hos más es t ados pos i bl es que c or r es ponden a l ac onfi gur ac i ón desor denada) . i deode Puedesex pl or armáses t ec onc ept oenl osv i deosdees t et ut or i aloenes t es enc i l l ov f í s i c a.

La entropía y la segunda ley de la termodinámica Elgr adodeal eat or i edadodesor denenuns i s t emas el l amaent r opí a.Pues t oques abemos quec adat r ans f er enci adeener gí ar es ul t aenl aconv er s i óndeunapar t edeener gí aenuna f or manout i l i z abl e( c omoc al or )yqueelcal orquenor eal i z at r abaj os edes t i naaaument arel desor den deluni v er so,podemos es t abl ec eruna v er s i ón r el ev ant e par al a bi ol ogí a de l asegunda l ey de l at er modi námi ca:c ada t r ans f er enci a de ener gí a que s e pr oduc e aument ar ál aent r opí adeluni v er s oyr educ i r ál ac ant i daddeener gí aut i l i z abl edi s poni bl epar a r eal i z art r abaj o( oenelcas omásex t r emo,l aent r opí at ot als emant endr ái gual ) .Enot r as pal abr as ,c ual qui erpr oces o,c omo una r eac c i ón quí mi c a o un c onj unt o de r eac c i ones c onec t adas ,pr oc eder áenunadi r ecc i ónqueaument el aent r opí at ot aldeluni v er s o. Par ar es umi r ,l apr i mer al eydet er modi námi c ahabl as obr el ac onser v ac i óndel aener gí aent r e l ospr oc es os ,mi ent r asquel as egundal eydel at er modi námi c at r at as obr el adi r ec c i onal i dad del ospr oc es os ,esdec i r ,demenoramay orent r opí a( eneluni v er s oengener al ) .

La entropía en los sistemas biológicos Unadel asi mpl i c ac i onesdel as egundal eydel at er modi námi c aesque,par aqueunpr oces o s el l ev eac abo,deal gúnmododebeaument arl aent r opí adeluni v er so.Es t oi nmedi at ament e puedepl ant earal gunaspr egunt asc uandos epi ens aenor gani smosv i v os ,c omot ú.Des pués det odo¿ac asonoer esunc onj unt odemat er i abas t ant eor denado?Cadac él ul adet uc uer po t i ene s u pr opi a or gani z ac i ón i nt er na;l as c él ul as s e or gani z an en t ej i dos yl os t ej i dos en ór ganos ;y t odo t uc uer po s os t i ene un c ui dados os i s t ema de t r ans por t e,i nt er cambi oy c omer c i oquet emant i enev i v o.As í ,apr i mer av i s t a,puedenos ercl ar oc ómot úoi nc l us ouna s i mpl ebact er i ar epr esent anunaument oenl aent r opí adeluni v er so . Par aacl ar ares t o,r ev i s emosl osi nt er c ambi osdeener gí aqueoc ur r enent uc uer poc uando c ami nas ,porej empl o.Alc ont r aerl osmús cul osdel aspi er naspar amov ert uc uer pohac i a 9

del ant e,es t ásut i l i z ando ener gí a quí mi c a de mol écul ascompl ej as ,c omo l a gl uc os a,yl a c onv i er t esenener gí ac i nét i ca( y ,s ies t áscami nandoc ues t aar r i ba,ener gí apot enc i al ) .Si n embar go,es t ol ohac esc onefi c i enc i amuybaj a:unagr anpar t edel aener gí adet usf uent es de c ombus t i bl es i mpl ement es et r ans f or ma en c al or .Par t e delc al ormant i ene t uc uer po c al i ent e,per ogr anpar t es edi s i paenelambi ent ec i r c undant e.

Car i c at ur adeunaper s onac ami nando,c onunahambur gues aenl amano.Laper s onaes t á c ons umi endo mac r omol éc ul as compl ej as de l a hambur gues a yl i ber ándol as en f or ma de mol écul asdedi óxi dodecar bonoyagua,l oqueaument al aent r opí a.Tambi énes t ác ami nando haci aadel ant e( yc onv i er t el aener gí aquí mi cadel asmac r omol écul asenener gí aci nét i c a) , per obuenapar t edel aener gí al i ber adas epi er deenf or madecal or( l oquet ambi énaument a l aent r opí a) . Es t at r ans f er enc i adec al oraument al aent r opí adelent or no,ali gualqueelhec hodeque t omasgr andesyc ompl ej asbi omol écul asyl asc onv i er t esenmuc haspequeñasmol écul as s i mpl es ,c omo di óx i dodec ar bonoyagua,c uandomet abol i z aselcombus t i bl epar apoder c ami nar .Es t eej empl out i l i z aaunaper s onaenmov i mi ent o,per ol omi s mos er í av ál i dopar a una per s ona,o c ual qui erot r o or gani s mo,en r eposo.La per s ona u or gani s mo mant endr á c i er t at as abas aldeac t i v i dadmet aból i c aquec aus al adegr adac i óndemol écul ascompl ej as en ot r asmáspequeñasynumer os asj unt oc on l al i ber ac i ón de c al or ,l o que aument al a ent r opí adelent or no. Di c hoent ér mi nosmásgener al es ,l ospr oc es osquedi s mi nuy enl ocal ment el aent r opí a,c omo aquel l osquec ons t r uy enymant i enenl osal t ament eor gani z adosc uer posdel oss er esv i v os ,s í puedenocur r i r .Si nembar go,es t adi s mi nuc i ónl oc aldel aent r opí apuedeocur r i rs ol ament e c onungas t odeener gí aypar t edees a ener gí as econv i er t e enc al oruot r asf or masno ut i l i z abl es .Elef ec t o net o delpr oces o or i gi nal( di s mi nuc i ón l ocalde l a ent r opí a)y de l a t r ans f er enc i adeener gí a( aument oenelent or nodel aent r opí a)esuni nc r ement ogl obalenl a ent r opí adeluni v er s o. En r es umen,elal t o gr ado de or gani z ac i ón de l os s er esv i v os s e mant i ene gr ac i asa un s umi ni st r ocons t ant edeener gí ays ecompens aconunaument oenl aent r opí adelent or no.

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Motores Stirling

Objetivo general Conocers u hi s t or i aI dent i fi c arc omo est á hec ho o de que mat er i al eses t a ec ho elmot or St i r l i ngyquemec ani s mosut i l i z apar as uf unc i onami ent o.

Objetivo especifico Conocerelf unc i onami ent odelmot orSt i r l i ngysuspar t est ambi énc onocerunmec ani s moque per mi t agener arener gí aapar t i r del c al or ,t ambi énc onoc erelr endi mi ent oyl ac onfi abi l i dadque nospuedebr i ndares t emot or

HISTORIA Y DESARROLLO Elr el i gi os oesc océsRober tSt i r l i ng( 17901878) ,i nv ent óes t et i podemot oren1816.Ot r a c ont r i buci ón i mpor t ant e en eldes ar r ol l o de es t a máqui na aut omot r i zl a ent r egó elgeni o f r anc ésSadiCar not( 17961832) ,qui enf ueelpr i merc i ent í fi c oenr eal i z arunai nt er pr et ac i ón t eór i c adelf unc i onami ent odel osmot or est ér mi c os ,es t abl ec i endol ospr i nc i pi osf í s i c osque par t i c i pan,c uandoes t ánenmov i mi ent o.Es t at eor í aper mi t i óc ompr enderc onmay orc l ar i dad, elf enómenoqueper mi t í aalSt i r l i ngpr oduc i rf uer z amot r i z .

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¿Que es un motor stirling? Sedefi neunmot orSt i r l i ngc omoundi s pos i t i v oquec onvi er t et r abaj oenc al oryv i c ev er s a,a t r av ésdeunci c l ot er modi námi c or egener at i v o,c onc ompr es i ónyex pans i ónc í c l i c asdelfl ui do det r abaj o,oper andodi c hoflui doent r edost emper at ur asl adelf oc oc al i ent eyl adelf oc of r i o. Esunamaqui nac ombus t i ónex t er na,esdec i rpuedeadapt ar s eac ual qui erf uent edeener gí a ( c ombus t i ónc onv enc i onalomi x t a,porej empl o,c onbi omas aygas ,ener gí as ol ar ) ,s i nque el l oaf ec t ealf unc i onami ent oi nt er nodelmot or .

Tipos de motores stirling

Mot or est i poAl f a:

Es t et i podemot ornout i l i z ades pl az adorc omoenl apat ent eor i gi naldeSt i r l i ng,per odes deel punt odevi s t at er modi námi c oelf unc i onami ent oessi mi l ar .Fuedi s eñadoporRi derenEs t ados Uni dos . c ons t adedosc i l i ndr osi ndependi ent esconec...