Post on 28-Jan-2016
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
Qué sucede si la expansión adiabática se hace hacia el vacío?
P1 Vacío
P2
Expansión irreversible
• 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
EXPERIMENTO DE JOULE
Vacío
Baño de agua
Expansión libre adiabática
• GI: • Gas real:
Coeficiente de Joule
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:
Por otra parte:
Pero:
Sustituyendo:
Si hacemos:
Comparando las ecuaciones:
Si aplicamos prueba de similitud:
Obtenemos:
Sustituyendo:
• Para un gas ideal:
• Para un gas de VdW:
Si integramos, para un cambio finito:
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?
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:
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.
Supongamos la condición inicial
Condición final
Como Q=0, entonces:
Para el trabajo:
Entonces:
Para la energía interna:
Igualando y haciendo algebra:
Proceso isoentálpico
Coeficiente de Joule-Thomson:
Si asumimos:
Si utilizamos la relación cíclica:
Pero:
Así que:
Por otra parte:
Pero:
Sustituyendo:
Si hacemos:
Comparando las ecuaciones:
Si aplicamos prueba de similitud:
Obtenemos:
Sustituyendo:
• Para un gas ideal:
• Para un gas de VdW:
v es el volumen molar
Gráfica de T versus P para un proceso de estrangulamiento
La pendiente ==== coeficiente de Joule-Thomson
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