Máquinas Térmicas MI-75.

Conceptos de máquinas térmicas

Potencia en Física:

En Física, potencia es la cantidad de trabajo (fuerza o energía aplicada a un cuerpo) en una unidad de tiempo. Se expresa con el símbolo 'P' y se suele medir en vatios o watts (W) y que equivale a 1 julio por segundo. Una fórmula para calcular la potencia es P = T / t, donde 'T' equivale a 'trabajo' (en julios) y 't' se corresponde con el 'tiempo' (en segundos).

Qué es Temperatura:

La temperatura es una magnitud física que indica la intensidad de calor o frío de un cuerpo, de un objeto o del medio ambiente, en general, medido por un termómetro.

La temperatura suele medirse en grados Celsius (ºC), y también en grados Fahrenheit (ºF) o con una unidad de temperatura absoluta como es el Kelvin (K). El cero absoluto (0 K) corresponde a -273,15 ºC.

Calor:

 Es un tipo de energía que se produce por la vibración de moléculas y que provoca la subida de las temperaturas, la dilatación de cuerpos, la fundición de sólidos y la evaporación de líquido. De una forma genérica, es una temperatura elevada en el ambiente o en el cuerpo.

Presión en Física

En Física, como presión denominamos la relación que hay entre la fuerza ejercida por un cuerpo (gaseoso, líquido o sólido) y la superficie sobre la que esta se aplica. Es considerada una magnitud física. Su unidad, según el Sistema Internacional, es el pascal (Pa). El pascal es el equivalente a la fuerza total de un newton actuando uniformemente sobre un metro cuadrado, es decir, N/m2.

Volumen:

Se considera el espacio ocupado por un cuerpo, es decir, su magnitud física comprendida en tres dimensiones: largo, ancho y alto. La unidad de medida del volumen es el metro cúbico (m3).

Trabajo en Física:

En la Física, el trabajo es una magnitud física escalar, que es representada por la letra W (del inglés work) y se expresa en unidades de energía conocidas como julios (J), que se utiliza para medir la energía necesaria para la aplicación de una fuerza durante un determinado tiempo de desplazamiento.

El trabajo se calcula utilizando una fórmula, que es la multiplicación de la fuerza por el desplazamiento. El trabajo puede ser un número positivo o negativo, ya que para que el trabajo sea positivo la fuerza debe actuar en la dirección del desplazamiento, y para que sea negativo, la fuerza tiene que ser ejercida en la dirección opuesta.

T=F*Desplazamiento.

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El trabajo en Física puede ser dividido en trabajo nulo, que es cuando el trabajo es cero; en trabajo motor, que es cuando la fuerza y el desplazamiento están en la misma dirección, y en  trabajo resistente, que es lo contrario del trabajo motor: es cuando la fuerza y el desplazamiento están en direcciones opuestas.

Materia:

Una materia es un elemento o sustancia que posee peso y volumen, que puede ser observable y/o medible. Hace referencia también al material, sustancia o producto del que está hecho una cosa, es decir todo lo que ocupa un lugar en el espacio.

Fuerza en Física

En Física, la fuerza es una magnitud vectorial medible que se define como el fenómeno físico capaz de cambiar el estado de reposo de un cuerpo, el estado de movimiento o deformarlo. Se representa con la letra 'F' y su unidad de medida es el newton (N).

Una fórmula para calcular la fuerza es F = m • a , en la que 'm' se corresponde con la masa de un cuerpo (expresada en kilogramos) y 'a' equivale a la aceleración que experimenta (en metros por segundo al cuadrado).

Qué es Energía:

Energía es un término que deriva del griego "energos", cuyo significado original esfuerza de acción o fuerza de trabajo, y de "energeia" que significa actividad, operación. El concepto se utiliza en el sentido corriente para designar el vigor o la actividad de una persona, objeto u organización.

Es un concepto de gran importancia en la física y se asocia con la capacidad de producir o realizar, cualquier cuerpo, un trabajo, una acción o un movimiento. En Física, se distinguen diferentes tipos de energía, siendo la Termodinámica el área de la física que estudia cómo la energía crea movimiento. La ley universal de conservación de la energía, que es el fundamento del primer principio de la termodinámica, indica que la energía ligada a un sistema aislado permanece constante en el tiempo. "La energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma".

La unidad de energía definida por el Sistema Internacional de Unidades es el Julio (Newton x metro). Aunque existen muchas otras unidades de energía, algunas de ellas en desuso.

La energía potencial es la energía de un cuerpo en función de su posición dentro de un determinado sistema.

La energía cinética es la energía de un cuerpo en movimiento causado por su velocidad.

La energía nuclear o atómica es la energía liberada por la desintegración de los núcleos de los átomos.

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Diagramas fase:

Los diagramas de fase son representaciones gráficas de cuales fases están presentes en un sistema material en función de la temperatura, la presión y la composición. Son representaciones gráficas de las condiciones termodinámicas de equilibrio.

El estado de equilibrio de un sistema es aquel en el cual sus propiedades no cambian con el tiempo, a menos que se ejerza una alteración de la temperatura, la presión o la composición, o la aplicación de fuerzas externas de tipo eléctrico, magnético, etc.

La base de todo el trabajo sobre los diagramas de equilibrio es la regla de fases de Willard Gibbs. El diagrama, también conocido como diagrama de fase o diagrama de equilibrio es esencialmente una expresión gráfica de la regla de fases.

La ecuación siguiente presenta la regla de fases en la forma matemática usual: F + L = C + 2 Donde: C: Número de componentes del sistema F: Número de fases presentes en el equilibrio L: Varianza del sistema (grados de libertad).

Sustancia pura:

 Es aquella que tiene unas propiedades específicas que la caracterizan y que sirven para diferenciarla de otras sustancias. Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos.

Ley General de los Gases Ideales

Los gases perfectos obedecen a tres leyes bastante simples, que son la Ley de Boyle, la ley de Gay-Lussac y la Ley de Charles. Estas leyes son formuladas según el comportamiento de tres grandezas que describen las propiedades de los gases: volumen, presión y temperatura absoluta.

La Ley de Boyle

Esta ley fue formulada por el químico irlandés Robert Boyle (1627-1691) y describe el comportamiento del gas ideal cuando se mantiene su temperatura constante (trasformación isotérmica). Consideremos pues un recipiente con tapa móvil que contiene cierta cantidad de gas.

En él, aplicamos lentamente una fuerza sobre esa tapa, pues de este modo no vamos a alterar la temperatura del gas.

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Donde k es una constante que depende de la temperatura, de la masa y naturaleza del gas.  

La Ley de Gay-Lussac:

La ley de Gay-Lussac nos muestra el comportamiento de un gas cuando es mantenida su presión constante y son variables las otras dos grandezas: temperatura y volumen. Para entenderla, consideremos nuevamente un gas en un recipiente de tapa móvil.

La ley de Gay-Lussac dice que en una transformación isobárica (presión constante), temperatura y volumen son dos grandezas directamente proporcionales. Esta ley se expresa matemáticamente de la siguiente forma:

Donde k es una constante que depende de la presión, de la masa y de la naturaleza del gas. En un gráfico de volumen en función de la temperatura.

La ecuación general para los gases ideales

Consideremos una determinada cantidad de gas ideal confinado en un recipiente donde se puede variar la presión, el volumen y la temperatura, pero manteniendo la masa constante, o sea, sin alterar el número de moles.

A partir de la ecuación de Clapeyron, podemos establecer la siguiente relación:

Como fue descrito, el número de moles n y R son constantes. Se concluye entonces:

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Esta relación es conocida como la ecuación general de los gases ideales.

Ley de los gases reales:

Un gas real se define como un gas con un comportamiento termodinámico que no sigue la ecuación de estado de los gases ideales.

Un gas puede ser considerado como real, a elevadas presiones y bajas temperaturas, es decir, con valores de densidad bastante grandes.

Bajo la teoría cinética de los gases, el comportamiento de un gas ideal se debe básicamente a dos hipótesis:

–          las moléculas de los gases no son puntuales.

–          La energía de interacción no es despreciable.

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La representación gráfica del comportamiento de un sistema gas-líquido, de la misma sustancia, se conoce como diagrama de Andrews. En dicha gráfica se representa el plano de la presión frente al volumen, conocido como plano de Clapeyron.

Se considera a un gas encerrado en un cilindro con un embolo móvil. Si el gas se considera ideal, se mantiene la temperatura constante, obteniendo en el plano de Clapeyron líneas isotermas, es decir, líneas hiperbólicas que siguen la ecuación:

p.V= cte.

Si en cambio, consideramos a un gas como real, veremos que solamente con la temperatura bastante alta y la presión bastante baja, las isotermas se acercan a las hipérbolas, siguiendo la ecuación de estado de los gases perfectos.

La ley de Van der Waals e una ecuación de estado a partir de la ley de los gases ideales:

p.V = n.R.T

El físico holandés, introduce dos valores, asignándoles las letras a y b, conocidas como constantes de Van der Waals, que depende de la sustancia que se esté estudiando en cada caso.

La fórmula de la ley de Van der Waals, es:

( p + a. n^2 / V^2 ) . ( V – nb) = nRT

De donde p, hace referencia a la presión del gas.

n= cantidad de sustancia (número de moles)

V= volumen ocupado por el gas

R= constante universal de los gases

T= temperatura en valor absoluto.

Bibliografìa:

 http://quimica.laguia2000.com/leyes-quimicas/ley-de-los-gases-reales#ixzz3lLOPoXQn

http://quimica.laguia2000.com/general/ley-general-de-los-gases-ideales#ixzz3lLKzWzIx

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