LEY CERO DE LA Termodinamica Y Leyes DE LOS Gases PDF

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Teorias, investigaciones...

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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA FISICO-QUIMICO (501)

EXPOSICION GRUPO #1 TEMAS: LEY CERO DE LA TERMODINAMICA LEYES DE LOS GASES

INTEGRANTES:     

CORONEL ROJAS IVAN GUACHO JESSICA ORTIZ SANCHES ELISA ROJAS FIGUEROA KAREN YUPA CABADIANA GLENDA

FACILITADOR: ING. DAVID MUÑOZ CUERO

5TO SEMESTRE PARALELO “A” PERIODO INTENSIVO

LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA

La ley cero, conocida con el nombre de la ley del equilibrio térmico fue enunciada en un principio por Maxwel y llevada a ley por Fowler y dice: “Dos sistemas en equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio térmico entre sí”. El equilibrio térmico debe entenderse como el estado en el cual los sistemas equilibrados tienen la misma temperatura. Esta ley es de gran importancia porque permitió definir a la temperatura como una propiedad termodinámica y no en función de las propiedades de una sustancia. La aplicación de la ley cero constituye un método para medir la temperatura de cualquier sistema escogiendo una propiedad del mismo que varíe con la temperatura con suficiente rapidez y que sea de fácil medición, llamada propiedad termométrica. En el termómetro de vidrio esta propiedad es la altura alcanzada por el mercurio en el capilar de vidrio debido a la expansión térmica que sufre el mercurio por efecto de la temperatura. Cuando se alcanza el equilibrio térmico, ambos sistemas tienen la misma temperatura. Esta ley de la termodinámica ha sido utilizada En dispositivos como el termómetro para medir temperatura. A pesar de que el termómetro es primitivamente usado desde la época de Galileo, esta ley fue enunciada mucho después, por James Clerk Maxwell, y formulada como una ley posteriormente por Ralph Fouler. QUE ESTABLECE LA LEY CERO DE LA TERMODINAMICA Establece que si un cuerpo A se encuentra a la misma temperatura que un cuerpo B y este tiene la misma temperatura que un tercer cuerpo C, entonces, el cuerpo A tendrá la misma temperatura que el cuerpo C. Por lo cual estaremos seguros de que tanto el cuerpo A, como el B y C, estarán los tres, en equilibrio térmico. Es decir: el cuerpo A, B y C, tendrán igual temperatura.

LEYES DE LOS GASES Las primeras leyes de los gases fueron desarrolladas desde finales del siglo XVII, cuando los científicos empezaron a darse cuenta de que en las relaciones entre la presión, el volumen y la temperatura de una muestra de gas, en un sistema cerrado, se podría obtener una fórmula que sería válida para todos los gases. Estos se comportan de forma similar en una amplia variedad de condiciones debido a la buena aproximación que tienen las moléculas que se encuentran más separadas, y hoy en día la ecuación de estado para un gas ideal se deriva de la teoría cinética. Ahora las leyes anteriores de los gases se consideran como casos especiales de la ecuación del gas ideal, con una o más de las variables constantes. La determinación de una ecuación de estado de los gases implica inevitablemente la medición de la presión, o fuerza por unidad de área, que un gas ejerce sobre las paredes del recipiente que lo contiene. La presión de los gases comúnmente se expresa en atmósferas o milímetros de mercurio. El estudio sistemático del comportamiento de los gases le interesó a los científicos durante siglos. Destacan los nombres de varios investigadores que establecieron las propiedades de los gases.

LEY DE BOYLE Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte. La relación matemática que existe entre la presión y el volumen de una cantidad de un gas a una cierta temperatura fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Boyle encerró una cantidad de aire en el extremo cerrado de un tubo en forma de U, utilizando mercurio como fluido de retención. Boyle descubrió que el producto de la presión por volumen de una cantidad fija de gas era un valor aproximadamente constante. Notó que si la presión de aire se duplica su volumen era la mitad del volumen anterior y si la presión se triplicaba el volumen bajaba a una tercera mitad del inicial. También observo que al calentar un gas aumentaba su volumen si la presión se mantenía constante, a este proceso se le llama proceso isobárico. La ley de Boyle se puede expresar como: donde Kn,t es una constante cuyo valor depende de la temperatura y de la cantidad de gas. Hoy, después de numerosas confirmaciones del trabajo de Boyle y experimentos adicionales, la relación entre el volumen y la presión de

un gas se conoce como Ley de Boyle. Si aumenta la presión de un gas. El volumen disminuye proporcionalmente; por lo tanto, si la presión disminuye, el volumen aumenta. Si dos cantidades sob inversamente proporcionales, cuando una aumenta la otra disminuye. Ejemplo: piense en un globo inflado, cuando oprimimos el globo (aumenta la presión) el volumen disminuye; al soltarlo (disminuye la presión) el volumen aumenta. Un método que se utiliza extensamente para demostrar la relación entre dos cantidades es la construcción de gráficas, en las que se aprecia fácilmente como varían 2 cantidades entre sí. Ley de Boyle: características principales “El volumen de un gas, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión” . “la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante” Relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante Establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. SE APLICA Esta ley se aplica cuando la masa de un gas y la temperatura del mismo se mantienen constantes, su volumen es inversamente proporcional a su presión absoluta. Si aumenta la presión el volumen disminuye y viceversa si aumenta el volumen disminuye la presión. APLICACIONES Ley de boyle aplicada al automóvil

Aplicación motores La aplicación de la ley de Boyle en los motores ya sea gasolina, gas o diesel se presenta en la combustión interna, ya que en el primer tiempo ingresa aire al cilindro con un volumen y presión (1), en el segundo tiempo se disminuye el volumen al aumentar la presión de este, de aquí en adelante interviene un cambio de temperatura que genera una explosión y expulsa los gases con un volumen y presión (2).

Aplicación airbag Una de las formas prácticas de la ley de Boyle en los automóviles es el sistema airbag o también llamado ACRS (Air Cushion Restraint System) el cual funciona descargado una cantidad de aire o gas desde una cámara hacia la bolsa exterior donde podemos ver que la presión disminuye y el volumen aumenta con una temperatura constante.

FORMULA:

LEY DE CHARLES La ley de Charles y Gay-Lussac, o simplemente ley de Charles, es una de las leyes de los gases. Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenida a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa.

En esta ley, Jacques Charles dice que para una cierta cantidad de gas a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura, el volumen del gas disminuye. Esto se debe a que la temperatura está directamente relacionada con la energía cinética debido al movimiento de las moléculas del gas. Así que, para cierta cantidad de gas a una presión dada, a mayor velocidad de las moléculas (temperatura), mayor volumen del gas.

La ley fue publicada primero por Gay Lussac en 1803, pero hacía referencia al trabajo no publicado de Jacques Charles, de alrededor de 1787, lo que condujo a que la ley sea usualmente atribuida a Charles. La relación había sido anticipada anteriormente en los trabajos de Guillaume Amontons en 1702.

En 1848, Lord Kelvin comprendió el significado de dicho fenómeno. Identificó la temperatura de -273.15°C como el cero absoluto, teóricamente la temperatura más baja posible. Tomando el cero absoluto como punto de partida estableció entonces una escala de temperatura absoluta, conocida ahora como escala de temperatura Kelvin. En la escala Kelvin, un kelvin ( ) es igual en magnitud a un grado Celsius. La única diferencia entre la escala de temperatura absoluta y la de Celsius es la posición del cero. Los puntos importantes de las dos escalas se comparan del siguiente modo: Cero Absoluto Punto de Congelación de Agua Punto de Ebullición del Agua

Escala Kelvin 0K 273,15 K 373,15 K

Escala Celsius -273,15 °C 0 °C 100 °C

En términos de la escala Kelvin, la ley de Charles se puede expresar como sigue: El volumen de una cantidad fija de gas mantenida a presión constante es directamente proporcional a su temperatura absoluta. Así, la duplicación de la temperatura absoluta, digamos de 200 K a 400 K, hace que el volumen del gas aumente al doble.

Matemáticamente podemos expresarlo así:

(El cociente entre el volumen y la temperatura es constante) Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V 1 que se encuentra a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V 2, entonces la temperatura cambiará a T2, y se cumplirá:

Que es otra manera de expresar la ley de Charles. Esta ley se descubre casi ciento cuarenta años después de la de Boyle debido a que cuando Charles la enunció se encontró con el inconveniente de tener que relacionar el volumen con la temperatura Celsius ya que aún no existía la escala absoluta de temperatura.

Louis Joseph o Joseph-Louis Gay-Lussac de diciembre de 1778-París, 9 de (Saint-Léonard-de-Noblat, 6 mayo de 1850) fue un químicoy físico francés. Es conocido en la actualidad por su contribución a las leyes de los gases. En 1802, GayLussac fue el primero en formular la ley según la cual un gas se expande proporcionalmente a su temperatura (absoluta) si se mantiene constante la presión (Ley de Charles) y que aumenta proporcionalmente su presión si el volumen se mantiene constante (Ley de Gay-Lussac).

Ley de Gay-Lussac Esta Ley fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800. Establece que la presión de un volumen fijo de gas, es directamente proporcional a su temperatura. ¿Por qué ocurre esto? Al aumentar la temperatura, las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar. Gay-Lussac descubrió que en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:

Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P1 y a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si aumentamos la temperatura hasta un nuevo valor T2, entonces la presión se incrementará a P2, y se cumplirá:

Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta expresada en Kelvin.

LEY DE AVOGADROS

Lorenzo Romano Amadeo Carlo Avogadro nació Turín el 9 de agosto de 1776. Hijo de un eminente magistrado, siguió los pasos de su padre y se licenció en derecho canónico en 1796, acabando como abogado en Turín. Sin embargo, la verdadera pasión del joven Avogadro eran la Física y las Matemáticas, que estudiaba en solitario y de manera autodidacta. Algo tardíamente decidió seguir estudios formales, consiguiendo en 1809 el puesto de profesor de “Filosofía positiva” en un colegio de Vercelli. En 1811, tras haber profundizado en los estudios de Dalton y GayLussac, Avogadro enunció la hipótesis por la que ha pasado a la historia (la Ley de Avogadro). Descubrió que, bajo iguales condiciones de presión y temperatura, dos volúmenes de gases diferentes contienen el mismo número de moléculas. Años atrás, Ampére había llegado a resultados muy parecidos, pero sus estudios fueron olvidados. Los trabajos de Avogadro tampoco fueron bien acogidos en un principio, en parte debido a que en la época aún no estaba muy clara la distinción entre átomos y moléculas (una de las contribuciones más importantes de Avogadro fue aclarar que una molécula podía estar formada por varias “moléculas más pequeñas”). En 1820 pasó a ocupar un cátedra de Física en la Universidad de Turín, cargo que desempeñó hasta su muerte, aunque tuvo numerosos problemas personales debido a su participación en la revolución política de 1821. Curiosamente, a pesar de su físico poco atractivo, Avogadro tuvo en su época fama de seductor, aunque llevó al parecer una vida intachable. Se casó y tuvo seis hijos, y financió con su patrimonio personal a los revolucionarios de Cerdeña. Aparte de la ley que lleva su nombre, Avogadro ha quedado inmortalizado en el número 6,022 ·1023 , que es el número de moléculas que hay en 22,4 litros de un gas a una atmósfera de presión y 273,15ºK de temperatura, lo que también se conoce en física como mol. El científico italiano Amedeo Avogadro propuso en 1811 que volúmenes iguales de gases diferentes en iguales condiciones de presión y temperatura contienen el mismo número de moléculas. Desde Avogadro hasta nuestros días, la palabra partícula se emplea para designar tanto átomos como moléculas. Este enunciado, de gran importancia en el campo científico, se conoce con el nombre de principio de Avogadro. Casi

simultáneamente llegó a iguales conclusiones el científico francés Ampere, por lo que el principio también se conoce con el nombre de principio de Avogadro y Ampere. Si volúmenes iguales de gases contienen igual número de moléculas, los volúmenes de los gases que reaccionan y los que resultan estarán en relaciones sencillas. Relación entre la cantidad de gas y su volumen establece la relación entre la cantidad de gas y su volumen cuando se mantienen constantes la temperatura y la presión. Recuerda que la cantidad de gas la medimos en moles.

El volumen es directamente proporcional a la cantidad de gas: 

Si aumentamos la cantidad de gas, aumentará el volumen.



Si disminuimos la cantidad de gas, el volumen disminuye.

¿Por qué ocurre esto? Vamos a suponer que aumentamos la cantidad de gas. Esto quiere decir que al haber mayor número de moléculas aumentará el número de choques con las paredes del recipiente. Lo que implica (por un instante) que la presión dentro del recipiente es mayor que en el exterior y o provoca que el émbolo se desplace hacia arriba inmediatamente. Al haber ahora mayor distancia entre las paredes (mayor volumen del recipiente) el número de choques contra las paredes disminuye y la presión vuelve a su valor original. También podemos expresar la ley de Avogadro así:

(el cociente entre el volumen y la cantidad de gas es constante) Supongamos que tenemos una cierta cantidad de gas n 1 que ocupa un volumen V1 al comienzo del experimento. Si variamos la cantidad de gas hasta un nuevo valor n 2, entonces el volumen cambiará a V 2, y se cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Avogadro....