EXPERIMENTOS DE JOULE Y DE JOULE-THOMSON

Presentación del tema: "EXPERIMENTOS DE JOULE Y DE JOULE-THOMSON"— Transcripción de la presentación:

1 EXPERIMENTOS DE JOULE Y DE JOULE-THOMSON
Para una expansión-compresión adiabática reversible Así que: Si V2 > V1 entonces T2 < T1 : T disminuye Si V2 < V1 entonces T2 > T1 : T aumenta

2 Qué sucede si la expansión adiabática se hace hacia el vacío?
Expansión irreversible

3 Expansión libre adiabática
Si se tiene un GI: No hay pérdidas internas, la temperatura permanecerá constante Si se tiene un gas no ideal: Si la presión inicial es baja, Hay pérdidas internas (fuerzas atractivas), la temperatura será menor Si se tiene un gas no ideal: Si la presión inicial es alta, Hay pérdidas internas (fuerzas repulsivas), la temperatura será mayor Expansión libre adiabática La temperatura final depende de: Teoría: modelo utilizado Experimental: Presión inicial del gas

4 Expansión libre adiabática
EXPERIMENTO DE JOULE Vacío Baño de agua Expansión libre adiabática GI: Gas real: Coeficiente de Joule

5 Cómo varía la temperatura con el volumen en un experimento en el cual la energía interna permanece constante? Si hacemos: Si utilizamos la relación cíclica: Pero: Así que:

6 Por otra parte: Pero: Sustituyendo: Si hacemos: Comparando las ecuaciones:

7 Si aplicamos prueba de similitud:
Obtenemos:

8 Sustituyendo: Para un gas ideal: Para un gas de VdW: Si integramos, para un cambio finito:

9 Ejemplo: Si tomamos un kilomol de CO2 (M=44 g/mol) a T=20°C y 1,013X105 [Pa] de presión y duplicamos el volumen, cuál sería la Temperatura final en un experimento de Joule? Modelo VdW Cuál sería la temperatura final si la expansión fuese reversible adiabática?

10 Calculemos la variación de la entropía para esta expansión, suponiendo un gas ideal:
Sabemos que: Pero: Para un gas ideal, como q=0 y w=0; entonces Δu=0, así que T=Cte. entonces:

11 EXPERIMENTO DE JOULE-THOMSON
Considérese un sistema que consiste de un sector tubular dividido en dos por un tabique poroso y provisto de dos émbolos opuestos (sin fricción) y todo el sistema es adiabático, es decir Q=0.

12 Supongamos la condición inicial
Condición final Como Q=0, entonces:

13 Para el trabajo: Entonces: Para la energía interna: Igualando y haciendo algebra: Proceso isoentálpico

14 Coeficiente de Joule-Thomson:
Si asumimos: Si utilizamos la relación cíclica: Pero: Así que:

15 Por otra parte: Pero: Sustituyendo: Si hacemos: Comparando las ecuaciones:

16 Si aplicamos prueba de similitud:
Obtenemos:

17 Sustituyendo: Para un gas ideal: Para un gas de VdW: v es el volumen molar

18 Gráfica de T versus P para un proceso de estrangulamiento
La pendiente ==== coeficiente de Joule-Thomson

19 Como μ representa la pendiente, entonces la temperatura de inversión se obtiene cuando μ=0
Para un gas como CO2 Para un gas como H2 Para un gas como N2