Variables y ecuación de estado

Variables y ecuación de estado

Las variables de estado son el conjunto de valores que adoptan ciertas variables físicas y químicas y que nos permiten caracterizar el sistema. A las variables de estado también se las llama funciones de estado. No todos los sistemas termodinámicos tienen el mismo conjunto de variables de estado. En el caso de los gases son:

·                     presión

·                     volumen

·                     masa

·                     temperatura

La ecuación de estado de los gases ideales sigue la expresión:

P⋅V = n⋅R⋅T

Dónde:

p : Presión ( Pa ) también se suele usar ( atm ): 1 atm = 101325 Pa

V : Volumen ( m³ ) también se suele usar ( l o L ). 1 L = 1 dm³= 10^-3m³

n : Número de moles. Se trata de una unidad de masa. Un mol de una sustancia se compone del número de Avogadro, N_A =  6.023·10²³  de moléculas de esa sustancia,  y su peso coincide con la masa molecular de la sustancia expresada en gramos. La unidad de medida en el Sistema Internacional para el número de moles es el mol ( mol )

R : Constante universal de los gases ( R=8.31 J / mol·K)  también se usa R = 0.083 atm·l / mol·K

T : Temperatura ( K )  también se suele usar  ( ºC ). T = t_C + 273.15K

.La mayoría de los gases reales, A TEMPERATURAS RELATIVAMENTE ALTAS Y PRESIONES PEQUEÑAS PUEDEN CONSIDERARSE GASES IDEALES y por tanto podemos aplicar esta expresión como su ecuación de estado en los ejercicios de este tema.

 

VARIABLES INTENSIVAS Y EXTENSIVAS  

1.- Intensivas: Son aquellas que no dependen del tamaño del sistema. “NO DEPENDE DE LA CANTIDAD DE MATERIA” Por ejemplo la presión, la temperatura, la concentración o la densidad.

2.- Extensivas: Son aquellas que dependen del tamaño del sistema. “DEPENDE DE LA  CANTIDAD TOTAL MATERIA”. Por ejemplo el volumen, la masa, número de moles o la transferencia de calor.

CUANTAS VARIABLES NECESITAMOS PARA  DESCRIBIR UN SISTEMA.

Se necesita un numero limitados de variables  porque las variables termodinámicas están relacionadas entre sí, por ecuaciones matemáticas que son las ecuaciones del sistema.

PV=nRT

PVT entonces el sistema  está  definido

P cte  isobárico

V cte isocorico

T cte isotérmico

Q= 0  Proceso adiabático sin transferencia de calor.

FUNCIÓN DE ESTADO

En termodinámica, una función de estado es una magnitud física macroscópica que caracteriza el estado de un sistema en equilibrio, y que su valor depende del estado concreto del sistema de un momento determinado y no del camino de las trasformaciones que ha sufrido para llegar a ese estado. 

Algunas variables o funciones de estado de un sistema en equilibrio son:

¾  la energía interna

¾  la presión

¾  la temperatura

¾  el volumen

¾  la entalpía

¾  la entropía

¾  la densidad

¾  la polarización

¾  la energía libre de Gibbs

Las funciones de estado pueden expresarse matemáticamente como funciones de coordenadas termodinámicas, tales como la temperatura y la presión; y sus valores se pueden identificar por medio de puntos en una gráfica.

El trabajo y el calor no son funciones de estado, dependen de la trayectoria, por lo que no pueden identificarse como puntos en una gráfica, sino que se representan por áreas.

En un sistema cerrado los procesos que conducen a un mismo cambio de estado, siguiendo trayectorias diferentes, en general requieren cantidades de calor y de trabajo, pero que la diferencia Q – W es la misma para todos esos procesos.

Las funciones de estado representan propiedades del sistema y siempre tienen un valor y el calor o el trabajo sólo aparecen cuando se ocasionan cambios en el sistema durante el tiempo que dure un proceso.