La rama de la termodinámica se ocupa del proceso de intercambio de calor por el gas o la temperatura del sistema del gas. Esta rama también se ocupa del flujo de calor de una parte del sistema a otra parte del sistema. Para los sistemas que están presentes en el mundo real, existen algunos parámetros que pueden definir su estado. Estas se denominan variables termodinámicas. Estas variables y las ecuaciones relacionadas con ellas son fundamentales para estudiar y predecir el comportamiento de este tipo de sistemas.
Variables de estado termodinámicas y ecuación de estado
Se dice que un sistema está en un estado termodinámico de equilibrio si las variables macroscópicas que cambian el estado del sistema no cambian con el tiempo. Estas variables macroscópicas incluyen presión, temperatura, masa y composición que no cambia con el tiempo. Por ejemplo, el gas se almacena dentro de un recipiente que está completamente aislado de su entorno, con valores fijos de presión, volumen, temperatura, masa y composición que no cambia con el tiempo, se encuentra en un estado de equilibrio.
Cada estado de equilibrio de un sistema termodinámico puede describirse mediante valores específicos de variables macroscópicas. Estas variables también se denominan variables de estado.
El equilibrio de un gas se puede describir por su presión, temperatura, volumen y masa. No es necesario que un sistema termodinámico esté siempre en equilibrio. Por ejemplo, si se permite que el gas en equilibrio se expanda, no permanece en equilibrio termodinámico. La siguiente figura muestra la expansión de los gases cuando se les deja expandirse:
En resumen, las variables termodinámicas describen el estado del sistema en equilibrio. Estas diversas variables de estado no son necesariamente independientes.
Estas variables se pueden dividir en dos tipos:
- Variables extensivas
- Variables Intensivas
Variables Extensivas: Estas variables son las variables de estado que indican el tamaño del sistema. Por ejemplo, Volume puede considerarse una variable extensiva porque nos da una idea del tamaño del sistema.
Variables Intensivas: Estas variables son las variables de estado que no nos dan ninguna información sobre el tamaño del sistema pero indican diferente información sobre el sistema. Ejemplos de tales variables son la presión, la temperatura, etc.
Ecuación de estado
La ecuación de estado describe la relación entre las variables de estado de un sistema termodinámico. La ecuación de estado está completamente definida en términos de presión, temperatura y volumen. Por ejemplo, en el caso de los gases ideales. La ecuación de estado se convierte en,
VP = TR
o
PV = constante
En el caso de un proceso isotérmico,
PAGS 1 V 1 = PAGS 2 V 2
Estas ecuaciones de estado son para gases ideales.
Problemas de muestra
Pregunta 1: En un proceso termodinámico isotérmico, la presión y el volumen iniciales son 10 6 N/m 2 y 3 m 3 respectivamente. Ahora, la presión del recipiente se duplica. Encuentra el volumen.
Responder:
En el caso de un proceso isotérmico,
PAGS 1 V 1 = PAGS 2 V 2
Dado:
PAGS 1 = 10 6 , PAGS 2 = 2 × 10 6 y V 1 = 3
Reemplazando los valores en la ecuación,
PAGS 1 V 1 = PAGS 2 V 2
⇒ 10 6 × 3 = 2 × 10 6 × V 2
⇒ 3 = 2 × V 2
⇒ 1,5 m3 = V2
Pregunta 2: En un proceso termodinámico isotérmico, la presión y el volumen iniciales son 5 × 10 6 N/m 2 y 6 m 3 respectivamente. Ahora, la presión del recipiente se reduce a la mitad. Encuentra el volumen.
Responder:
En el caso de un proceso isotérmico,
PAGS 1 V 1 = PAGS 2 V 2
Dado:
P 1 = 5 × 10 6 , P 2 = 2,5 × 10 6 y V 1 = 3
Reemplazando los valores en la ecuación,
PAGS 1 V 1 = PAGS 2 V 2
⇒ 5 × 10 6 × 3 = 2,5 × 10 6 × V 2
⇒ 15 = 2,5 × V2
⇒ 6m 3 = V 2
Pregunta 3: En un proceso termodinámico, el volumen permanece constante. La presión y la temperatura iniciales son 5 × 10 6 N/m 2 y 100 K respectivamente. Ahora, la presión del recipiente se reduce a la mitad. Encuentre la nueva temperatura.
Responder:
En el caso de un proceso isotérmico,
PAGS 1 T 2 = PAGS 2 T 1
Dado:
P 1 = 5 × 10 6 , P 2 = 2,5 × 10 6 y T 1 = 100 K
Reemplazando los valores en la ecuación,
PAGS 1 T 2 = PAGS 2 T 1
⇒ 5 × 10 6 × T 2 = 2,5 × 10 6 × 100
⇒ T2 = 0,5 × 100
⇒ 50 K = T 2
Pregunta 4: En un proceso termodinámico, el volumen permanece constante. La presión y la temperatura iniciales son 10 6 N/m 2 y 250 K respectivamente. Ahora, la presión del recipiente se incrementa cuatro veces. Encuentre la nueva temperatura.
Responder:
En el caso de un proceso isotérmico,
PAGS 1 T 2 = PAGS 2 T 1
Dado:
PAGS 1 = 10 6 , PAGS 2 = 4 × 10 6 y T 1 = 250 K
Reemplazando los valores en la ecuación,
PAGS 1 T 2 = PAGS 2 T 1
⇒ 1 × 10 6 × T 2 = 4 × 10 6 × 100
⇒ T2 = 4 × 100
⇒ 400K = T 2
Pregunta 5: En un proceso termodinámico, la presión permanece constante. El volumen y la temperatura iniciales son 5 m 3 y 250 K respectivamente. Ahora, el volumen del recipiente se incrementa dos veces. Encuentre la nueva temperatura.
Responder:
En el caso de un proceso isotérmico,
V 1 T 2 = V 2 T 1
Dado:
V 1 = 5 m 3 , V 2 = 10 m 3 y T 1 = 250 K
Reemplazando los valores en la ecuación,
V 1 T 2 = V 2 T 1
⇒ 5 × T2 = 10 × 250
⇒ T2 = 500
⇒ 500K = T 2
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por anjalishukla1859 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA