LOS GASES

Se denomina gas al estado de agregación de la materia en el cual, bajo ciertas condiciones de temperatura y presión, sus moléculas interaccionan solo débilmente entre sí, sin formar enlaces moleculares, adoptando la forma y el volumen del recipiente que las contiene y tendiendo a separarse, esto es, expandirse, todo lo posible por su alta energía cinética. Los gases son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios de densidad con la presión y la temperatura.

TEORÍA CINÉTICA DE LOS GASES.La teoría cinética de los gases explica las características y propiedades de la materia en general, y establece que el calor y el movimiento están relacionados, que las partículas de toda materia están en movimiento hasta cierto punto y que el calor es una señal de este movimiento.

Hay que tener en cuenta que:1. No existen fuerzas de atracción entre la moléculas de un gas.2. Las moléculas de los gases se mueven constantemente en línea recta por lo que poseen energía

cinética.3. En el movimiento, las moléculas de los gases chocan elásticamente unas con otras y con las

paredes del recipiente que las contiene en una forma perfectamente aleatoria.4. La frecuencia de las colisiones con las paredes del recipiente explica la presión que ejercen los

gases.5. La energía de tales partículas puede ser convertida en calor o en otra forma de energía. pero la

energía cinética total de las moléculas permanecerá constante si el volumen y la temperatura del gas no varían; por ello, la presión de un gas es constante si la temperatura y el volumen no cambian.

LEY DE BOYLE

La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. •Si la presión aumenta, el volumen disminuye.•Si la presión disminuye, el volumen aumenta.

LEY DE GAY - LUSSAC

Si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el volumen aumenta al aumentar la temperatura. Un aumento de temperatura implica un aumento de la energía cinética media de las partículas, por tanto, un aumento de su velocidad y de la frecuencia e intensidad de los choques de éstas con las paredes. Entonces planteamos que el volumen del gas, V, debe ser proporcional a su temperatura.

LEY DE LOS GASES IDEALES:Las leyes parciales analizadas pueden combinarse y obtener una ley o ecuación que relacione todas las variables al mismo tiempo.

Supongamos que tenemos una cierta cantidad fija de un gas (n1), que está a una presión (P1), ocupando un volumen (V1) a una temperatura (T1).Estas variables se relacionan entre sí cumpliendo con la siguiente ecuación:

Donde R= 0,082 atm*L/|K*mol (constante universal de los gases.

Si tenemos una cantidad fija de gas y sobre la misma variamos las condiciones de presión (P), volumen (V) o temperatura (T) el resultado de aplicar esta fórmula con diferentes valores, será una constante.

LEYES DE LA TERMODINÁMICA.1ª. LEY DE LA TERMODINÁMICA

El calor neto añadido a un sistema es igual a la variación de su energía interna más el trabajo realizado por el sistema.

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA: TRABAJO EN LOS GASES

W=F*CXComo P=F/A; luego F=P*AReemplazando W=P*A*CX Volumen V=A*CX

Finalmente W=P*CV

El trabajo es la cantidad de energía transferida de un sistema a otro mediante una fuerza cuando se produce un desplazamiento. Para un sistema termodinámico concreto: un gas encerrado en un recipiente por un pistón, que puede moverse sin rozamiento. Por efecto de la presión (p) ejercida por el gas, el pistón sufre una fuerza F que lo desplaza desde una posición inicial (A) a una posición final (B), mientras recorre una distancia dx.

PROCESOS TERMODINÁMICOS:1. PROCESO ADIABÁTICO.

Durante un proceso adiabático, la transferencia de calor hacia el sistema o proveniente de él es cero. El cambio de presión con respecto al volumen obedece la 1ª.ley de la termodinámica CQ =CU + CWEs cuando un sistema no gana ni pierde calor, es decir, Q = 0.Entonces: CU = - CW

2. PROCESO ISOTÉRMICO

Es un proceso en el cual la temperatura permanece constante durante la operación. La energía interna de un gas es función de la temperatura exclusivamente, por lo que CU =0Entonces: CQ = CW

3. PROCESO ISOMÉTRICO.

Un proceso isométrico (isocórico) ocurre a volumen constante, es decir que se puede suministrar calor con un sistema sin que haya variación en el volumen, en consecuencia es igual a cero (0) al aplicar la primera ley de la termodinámica tenemos:W= 0CQ = CU

4. PROCESO ISOBÁRICO:

Un proceso isobárico es un proceso termodinámico que ocurre a presión constante. La Primera Ley de la Termodinámica, para este caso, queda expresada como sigue: CQ =CU + CW

2ª. LEY DE LA TERMODINÁMICA.Esta ley marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario.

Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.

MAQUINAS TÉRMICAS.Una máquina térmica es un dispositivo cuyo objetivo es convertir calor en trabajo. Para ello utiliza de una sustancia de trabajo (vapor de agua, aire, gasolina) que realiza una serie de transformaciones termodinámicas de forma cíclica, para que la máquina pueda funcionar de forma continua. A través de dichas transformaciones la sustancia absorbe calor (de un foco térmico) que transforma en trabajo: W = Q1 – Q2

El rendimiento de una máquina térmica es el cociente entre la energía producida y la energía consumida multiplicada por cien:

Rendimiento= (Energía producida/Energía consumida) *100Rendimiento = (W/Q1)*100

Rendimiento = (Q1 – Q2/Q 1) *100

EJEMPLOS DE MÁQUINAS TÉRMICAS.

Máquina de vapor: Fue la máquina térmica más utilizada hasta el siglo XX. La energía obtenida al quemar el combustible (gas, petróleo, carbón...) se emplea en calentar agua hasta convertirla en vapor. Este vapor desplazaba el émbolo, realizando así un trabajo.Se utilizaban mucho en las locomotoras de vapor para el ferrocarril, pero en la actualidad ya no se usan tanto.

Motores de explosión:

Se utilizan en los automóviles. Aprovechan la energía generada en la combustión de una mezcla de aire con gasolina para mover un pistón. El trabajo mecánico del movimiento del pistón de aprovecha para el desplazamiento del vehículo.

EJEMPLOS DE MÁQUINAS TÉRMICAS.

Motor de reacción:

También llamado turbina de gas. Es una máquina térmica de mayor potencia que el motor de explosión. Los gases generados continuamente al quemar un combustible son expulsados hacia atrás por una tobera impulsando el vehículo hacia delante. Se utilizan en aviación, para conseguir una mayor velocidad.

Turbinas de vapor:

Las turbinas de vapor expulsan un chorro de vapor, calentando con la energía generada en la quema de un combustible, incide sobre las paletas de la rueda giratoria de la turbina realizando un trabajo mecánico de rotación. Se utiliza en las centrales termoeléctricas para mover los generadores eléctricos y en los barcos para accionar las hélices.

LA ENTROPÍA:La segunda ley de la termodinámica fue enunciada por S. Carnot en 1824. Se puede enunciar de muchas formas, pero una sencilla y precisa es la siguiente: “La evolución espontánea de un sistema aislado se traduce siempre en un aumento de su entropía.” Para comprender conceptualmente lo dicho, analicemos el ejemplo de un reloj de arena, que es un sistema cerrado en el que no entra ni sale arena.La cantidad de arena en el reloj es constante; la arena ni se crea ni se destruye en ese reloj. Esta es la analogía de la primera ley de la termodinámica: no hay creación ni destrucción de la materia-energía.Aunque la cantidad de arena en el reloj es constante, su distribución cualitativa está constantemente cambiando: la cavidad inferior se va llenando, mientras la cavidad superior se vacía. Esta es la analogía de la segunda ley de la termodinámica, en la que la entropía (que es la arena de la cavidad inferior) aumenta constantemente.

http://www.youtube.com/watch?v=LfCK6kk5z2k