Procesos isocóricos, isobáricos Tema: Leyes de los gases. Procesos isocóricos, isobáricos e isotérmicos. + + + + + +

La descripción macroscópica de un sistema es aquella que estudia las características de este mediante sus propiedades fundamentales medibles. Por ejemplo presión, temperatura, volumen etc. La descripción microscópica de un sistema es la que estudia las características individuales de las moléculas. Por ejemplo, la cantidad de moléculas la energía cinética media, la velocidad de las moléculas etc.

Prestar atención manómetro fuelle

P·V = · R· T Los procesos en los cuales no varía la temperatura se denominan isotérmicos iso igual P·V = cte P1·V1 = P2·V2 Ley de Boyle Mariotte En 1660, en una obra titulada Sobre la Elasticidad del Aire anunció su descubrimiento sobre la relación entre el volumen de un gas y su presión. Parece que Boyle no especificó en sus trabajos que sus experiencias de la relación entre el volumen y presión los realiza a temperatura constante, quizá porque lo hizo así y lo dió por supuesto. Lo cierto es que, en defensa del rigor científico, hay que esperar a que en 1676 otro físico, el francés Edme Mariotte (1630-1684), encuentre de nuevo los mismos resultados y aclare que la relación PV=constante es sólo válida si se mantiene constante la temperatura. Por eso la ley de Boyle está referenciada en muchas ocasiones como Ley de Boyle y Mariotte. A temperatura constante la presión y el volumen son inversamente proporcionales. Pág 3

presión 4 2 1 P·V= cte v 2v 4v volumen

músculos intercostales INSPIRACIÓN ESPIRACIÓN entrada del aire salida del aire Ventilación La ley de Boyle permite explicar la ventilación pulmonar. Cuando el diafragma se contrae y se mueve hacia abajo, los músculos pectorales menores y los intercostales presionan las costillas hacia fuera. La cavidad torácica se expande y el aire entra con rapidez en los pulmones a través de la tráquea para llenar el vacío resultante. Cuando el diafragma se relaja, normal, curvado hacia arriba y el aire se expele. diafragma diafragma músculos intercostales

Temperatura constante Pistón mov. Disminuye el volumen Partículas de gas A temperatura constante la relación entre el volumen y la presión del gas son inversamente proporcionales. Si se reduce el volumen del gas la concentración de las partículas aumenta porque disminuyen las separaciones entre ellas, aumenta el número de choques entre estas y contra las paredes del recipiente y aumenta la presión del gas. Veamos en un experimento. El conjunto que les muestro tiene una cierta cantidad de aire en el interior del fuelle, este está conectado a través de la goma a un manómetro (aparato que mide la presión). Si damos la vuelta a la manivela se reduce el volumen de aire en el recipiente y la presión aumenta. Por el contrario si el volumen aumenta disminuye la presión que registra el manómetro. Aumenta la presión

P (Pa) 1Pa = 1 N/m2 P ∙ V = cte T1> T2 V (m3) 1 2 A temperatura constante la presión y el volumen son inversamente proporcionales.

V · R T = P V1 V2 T1 = T2 = cte P·V = · R· T Los procesos en los cuales la presión se mantiene constante se denominan isobáricos V · R T = P V1 V2 T1 = T2 A presión constante, la temperatura y el volumen son directamente proporcionales. Ley de Gay-Lussac Muchos de los procesos que se desarrollan a nuestro alrededor son procesos isobáricos, es decir, tienen lugar a presión constante. La expansión libre de un gas, el escape de los gases durante la expansión de un motor son ejemplos de procesos isobáricos. V = cte T

V(m3 ) V = cte T -273 T (K) A presión constante la temperatura y el volumen varían linealmente .

T V · R = P y = m · x + n V ·R = P ·T V P3 P1>P2>P3 P2 P1 T

P · R T = V P1 P2 T1 = T2 P·V = · R· T Los procesos en los cuales el volumen se mantiene constante se denominan isocóricos P · R T = V P1 P2 T1 = T2 A volumen constante, la presión y la temperatura son directamente proporcionales. A volumen constante al aumentar la temperatura del gas aumenta su energía cinética promedio, las partículas se mueven más rápidamente, aumenta el número de choques contra las paredes del recipiente y aumenta la presión del gas. De esta manera se explica microscópicamente la relación entre la prsión y la temperatura en los procesos isocóricos.

córico = volumen Ley de Gay-Lussac P = cte T Los procesos que ocurren a volumen constante se denominan procesos isocóricos o isovolumétricos. córico = volumen Ley de Gay-Lussac P = cte T

P P (Pa) = cte T -273 T (K) A volumen constante la temperatura y presión varían linealmente.

T P · R = V y = m · x + n P ·R = V ·T P V3 V1>V2>V3 V2 V1 T

El diagrama representa las transformaciones a las que fue sometido una masa de gas ideal. Si la temperatura en el estado A es 200 K. a) Identifique los procesos y diga que le sucede a P, V y T en cada tramo . P(105 N/m2) A B 1 0.5 C V( litros) 1 4

Tramo A-B P = cte V = aumenta A-B = expansión isobárica T = aumenta, porque a presión constante la temperatura varía linealmente con el volumen. P(105 N/m2) A B 1 0.5 C 1 4 V( L)

B-C = expansión isotérmica Tramo B-C T = cte P = disminuye B-C = expansión isotérmica V = aumenta, su valor se duplica ya que la presión disminuyó en la mitad. P(105 N/m2) A B 1 C 0.5 1 4 8 V(L)

b) Diga el valor temperatura en los puntos B y C. El diagrama representa las transformaciones a las que fue sometido una masa de gas ideal. Si la temperatura en el estado A es 200 K. b) Diga el valor temperatura en los puntos B y C. P(105 N/m2) 800K A 1 B 800K 0.5 C V( litros) 1 4 8

En el diagrama de la figura 1,5 la temperatura del estado A es de 200 K. Teniendo en cuenta esto y los datos de la figura, responda:

¿ Qué procesos se representan? P(105 N/m2) ¿ Qué procesos se representan? A D 8 C-D compresión isotérmica D- A compresión isobárica A-B expansión isotérmica B-C expansión isobárica 6 4 C 2 B 1 2 3 4 5 6 7 8 V(l) 2 Ec = 3 k T 3 P = 2 n0 Ec

b)¿Cuáles son los parámetros (P,V,T) de los estados representados por A,B,C y D? P(105 N/m2) A D 8 6 4 C 2 B 1 2 3 4 5 6 7 8 V(l)

P(105 N/m2) A B C D D A P(105N/m2) 8 8 8 V( litros) 6 T( K) 200 200 400 400 4 C 2 2 2 B V(l) 1 1 2 2 3 4 4 5 6 7 8 8 V = (nR/P) T

c) ¿Con cuántos moles de gas se ha trabajado? PAVA PA.VA =  R.TA  = c) ¿Con cuántos moles de gas se ha trabajado? RTA P(105 N/m2) A D 8·105N/m2 · 10- 3m3  = 8 8,31J/mol·K·200K 6  = 0,48 mol 4 C 2 B V(l) 1 2 3 4 5 6 7 8