UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE

XICOTEPEC DE JUÁREZ

Ing. Jorge Iván

Máquinas Térmicas

“Conceptos”

Carrera: T.S.U. en Mantenimiento Área Petróleo

Grupo: 4° “G”

08 de Agosto de 2014

ÍndiceMateria..........................................................................................2

Composición de la materia........................................................2

Propiedades de la materia...............................................................................2

Fuerza................................................................................................................. 3

Causas del movimiento....................................................................................3

Energía................................................................................................................4

Sustancias Puras.................................................................................................4

Sustancias Puras Simples................................................................................5

Diagrama de Fase...............................................................................................5

Diagrama de Fase de una Sustancia Pura........................................................6

Diferentes Diagramas de Equilibrio.................................................................6

Potencia..............................................................................................................7

Potencia mecánica...........................................................................................8

Potencia Eléctrica............................................................................................8

Potencia Sonora...............................................................................................9

Presión................................................................................................................9

Volumen............................................................................................................11

Calor.................................................................................................................12

Temperatura.....................................................................................................12

Segunda ley de la termodinámica.................................................................13

Transmisión de Calor........................................................................................15

Modos de Transmisión...................................................................................15

Sistema Abierto.................................................................................................16

Sistema Cerrado............................................................................................16

Ley de los Gases Ideales...................................................................................17

Forma común...................................................................................................18

Sistema Internacional de Unidades...................................................................18

Sistema Ingles...................................................................................................20

Materia

Materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacioLa Química es la ciencia que estudia su

naturaleza, composición y transformación.Si la materia tiene masa y ocupa un lugar en el espacio significa que es cuantificable, es decir, que se puede medir. Todo cuanto podemos imaginar, desde un libro, un auto, el computador y hasta la silla en que nos sentamos y el agua que bebemos, o incluso algo intangible como el aire que respiramos, está  hecho de materia.La cantidad de materia de un cuerpo viene dada por su masa,  la cual se mide normalmente en kilogramos o en unidades múltiplo o submúltiplo de ésta (en química, a menudo se mide en gramos). La masa representa una medida de la inercia o resistencia que opone un cuerpo a acelerarse cuando se halla sometido a una fuerza. Esta fuerza puede derivarse del campo gravitatorio terrestre, y en este caso se denomina peso.

Composición de la materiaLa materia está integrada por átomos, partículas diminutas que, a su vez, se componen de otras aún más pequeñas, llamadas partículas subatómicas, las cuales  se agrupan para constituir los diferentes objetos.Un átomo es la menor cantidad de un elemento químico que tiene existencia propia y puede entrar en combinación.  Está constituido por un núcleo, en el cual se hallan los protones y neutrones y una corteza, donde se encuentran los electrones.  Cuando el número de protones del núcleo es igual al de electrones de la corteza, el átomo se encuentra en estado eléctricamente neutro.

Propiedades de la materiaLas propiedades de la materia corresponden a las características específicas por las cuales una sustancia determinada puede distinguirse de otra. Estas propiedades pueden clasificarse en dos grupos:Propiedades físicas: dependen fundamentalmente de la sustancia misma. Pueden citarse como ejemplo el color, el olor, la textura, el sabor, etc.Propiedades químicas: dependen del comportamiento de la materia frente a otras sustancias. Por ejemplo, la oxidación de un clavo (está constituido de hierro).Las propiedades físicas pueden clasificarse a su vez en dos grupos:Propiedades físicas extensivas: dependen de la cantidad de materia presente. Corresponden a la masa, el volumen, la longitud.Propiedades físicas intensivas: dependen sólo del material, independientemente de la cantidad que se tenga, del volumen que ocupe, etc. Por ejemplo, un litro de agua tiene la misma densidad que cien litros de agua.

FuerzaComo uno de los conceptos fundamentales de la Física, la fuerza puede interpretarse como

cualquier influencia que tienda a cambiar el estado de movimiento de un objeto. Nuestro conocimiento actual es, que existen cuatro fuerzas fundamentales en el Universo, La fuerza de la gravedad, la fuerza nuclear débil, la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear fuerte, indicadas en orden ascendente de intensidad. En mecánica, las fuerzas son consideradas como las causantes de los movimientos lineales de los objetos, mientras que los causantes de los movimientos de rotación se llaman pares. Las acciones que las fuerzas ejercen sobre el movimiento de los cuerpos se describen en las Leyes de Newton bajo condiciones ordinarias, aunque hay notables excepciones.Las fuerzas son inherentemente cantidades vectoriales, requiriendo la suma de vectores para combinarlas.La unidad de fuerza en el sistema SI es el Newton, que se define por: Newton = kg m/s2como se desprende de la segunda ley de Newton.

Causas del movimientoLas influencias que originan cambios en el movimiento de los objetos son las

fuerzas y los pares. El efecto de las fuerzas sobre los objetos se describe por

medio de las leyes de Newton. Una fuerza puede definirse como cualquier influencia que tiende al cambio del

movimiento de un objeto. Las relaciones entre fuerza, masa, y aceleración se

da por medio de la segunda ley de Newton:

La primera ley de Newton establece que un objeto permanecerá en reposo o en movimiento en línea recta a velocidad constante al menos que sobre él

actué una fuerza externa. La tercera ley de

Newton establece que todas las fuerzas en la naturaleza ocurren en pares de fuerza de igual

magnitud y dirección opuesta.

EnergíaEl concepto de energía está relacionado con la capacidad de generar movimiento o lograr la transformación de algo.Para la física, la energía es una magnitud abstracta que está ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo. Se trata de una abstracción que se le asigna al estado de un sistema físico. Debido a diversas propiedades (composición química, masa, temperatura, etc.), todos los cuerpos poseen energía.

Pueden detallarse diversos tipos de energía según el campo de estudio. La energía mecánica, por ejemplo, es la combinación de la energía cinética (que genera a partir del movimiento) y la energía potencial (vinculada a la posición de un cuerpo dentro de un campo de fuerzas).

Sustancias PurasTipo de materia que está formada por átomos o moléculas todas iguales. A su vez estas se clasifican en sustancias puras simples y compuestos químicos. Para definir estos dos tipos de sustancias puras hay dos formas. Empecemos por la primera.

      Sustancias Puras Simples

Están formadas por átomos todos iguales o moléculas con átomos iguales. Ojo hay elementos como el oxígeno que si lo miramos por un microscopio está formado todo por átomos de oxígeno iguales, pero agrupados de dos en dos, es decir agrupado en moléculas de O2, pero como los átomos que forman estas moléculas son iguales (oxigeno-oxigeno) se considera sustancia pura simple. Si tenemos un trozo de hierro puro y lo miramos por el microscopio veremos que está formado solo por átomos de Hierro, por lo tanto también es una sustancia pura simple. Las sustancias puras simples también se pueden llamar elementos, ya que las conocidas forman la llamada tabla periódica de los

elementos.

Diagrama de FaseEn termodinámica y ciencia de materiales se denomina diagrama de fase o diagrama de estados de la materia, a la representación entre diferentes estados de la materia, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregación diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado.Los diagramas de equilibrio pueden tener diferentes concentraciones de materiales que forma una aleación a distintas temperaturas. Dichas temperaturas van desde la temperatura por encima de la cual un material está en fase líquida hasta la temperatura ambiente y en que generalmente los materiales están en estado sólido.

Diagrama de Fase de una Sustancia PuraExisten diferentes diagramas según los materiales sean totalmente solubles en estado sólido y líquido o sean miscibles a que sean insolubles. También pueden darse casos particulares. Uno de los diagramas de equilibrio más clásico es el de los aceros que tiene particularidades y donde afecta claramente la

concentración y las diferentes cristalizaciones que puede darse en el hierro estando en estado sólido y a diferentes temperaturas.

Los pares (presión, temperatura) que corresponden a una transición de fase entre:Dos fases sólidas: Cambio alotrópico;Entre una fase sólida y una fase líquida: fusión - solidificación;Entre una fase sólida y una fase vapor (gas): sublimación - deposición (o sublimación inversa);Entre una fase líquida y una fase vapor: vaporización - condensación (o licuefacción).Es importante señalar que la curva que separa las fases vapor-líquido se detiene en un punto llamado punto crítico (La densidad del líquido y vapor son iguales). Más allá de este punto, la materia se presenta como un fluido supercrítico que tiene propiedades tanto de los líquidos como de los gases. Modificando la presión y temperatura en valores alrededor del punto crítico se producen reacciones que pueden tener interés industrial, como por ejemplo las utilizadas para obtener café descafeinado.Es preciso anotar que, en el diagrama P-T del agua, la línea que separa los estados líquido y sólido tiene pendiente negativa, lo cual es algo bastante inusual. Esto quiere decir que aumentando la presión el hielo se funde, y también que la fase sólida tiene menor densidad que la fase líquida.

Diferentes Diagramas de EquilibrioLos diagramas de equilibrio más sencillos son los de presión - temperatura de una sustancia pura, como puede ser el del agua. En el eje de ordenadas se coloca la presión y en el de abscisas la temperatura. Generalmente, para una presión y temperatura dadas, el cuerpo presenta una única fase excepto en las siguientes zonas:Punto triple: En este punto del diagrama coexisten los estados sólido, líquido y gaseoso. Estos puntos tienen cierto interés, ya que representan un invariante y por lo tanto se pueden utilizar para calibrar termómetros.Dos metales (A, B) a temperaturas superiores a sus respectivos puntos de fusión (TA, TB) se encuentran en estado líquido pudiéndose disolver y conformar así una fase única líquida. Esto quiere decir que no podemos establecer diferencias de comportamiento u observación entre las distintas partes del líquido y que los metales en las proporciones mezcladas tienen la propiedad de miscibilidad. Si la mezcla líquida, XA + XB, la sometemos a un proceso de solidificación, mediante enfriamiento, llegamos a obtener el producto que se denomina aleación de los metales A y B.Es conocido que las aleaciones mejoran las características de los metales puros. Realmente debería decirse que introducen variables que diferencian el comportamiento de los metales puros que las componen, porque en algunas

circunstancias pueden perjudicar sus propiedades. Obviamente, conformar una aleación es uno de los medios más primitivos

que la ingeniería ha dispuesto para actuar sobre las propiedades de los metales puros, incluso históricamente la aleación es predecesora como lo justifica el bronce, Edad del bronceEn ciencia de materiales se utilizan ampliamente los diagramas de fase binarios, mientras que en termodinámica se emplean sobre todo los diagramas de fase de una sustancia pura.

PotenciaEn física, potencia (símbolo P) es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.Si W es la cantidad de trabajo realizado durante un intervalo de tiempo de duración Δt, la potencia media durante ese intervalo está dada por la relación:

La potencia instantánea es el valor límite de la potencia media cuando el intervalo de tiempo Δt se aproxima a cero. En el caso de un cuerpo de pequeñas dimensiones:

DondeP es la potencia,W es el trabajo,t es el tiempo.r es el vector de posición.F es la fuerza.v es la velocidad.

Potencia mecánicaLa potencia mecánica aplicada sobre un sólido rígido viene dado por el producto de la fuerza resultante aplicada por la velocidad:

Si además existe rotación del sólido y las fuerzas aplicadas están cambiando su velocidad angular:

donde:

, son la fuerza resultante y el momento resultante., son la velocidad del punto donde se ha calculado la resultante efectiva y

la velocidad angular del sólido.

Para un sólido deformable o un medio continuo general la expresión es más compleja y se expresa como producto del tensor tensión y el

campo de velocidades. La variación de energía cinética viene dada por:

donde:

, son las componentes del tensor de tensiones de Cauchy.

, son las componentes del tensor de velocidad de deformación.

Potencia EléctricaLa potencia eléctrica P desarrollada en un cierto instante por un dispositivo viene dada por la expresión

Donde:P(t) es la potencia instantánea, medida en vatios (julios/segundos).I(t) es la corriente que circula por él, medida en amperios.V(t) es la diferencia de potencial (caída de voltaje) a través del componente, medida en voltios.Si el componente es una resistencia, tenemos:

Donde:R es la resistencia, medida en ohmios.

Potencia SonoraLa potencia del sonido, considerada como la cantidad de energía que transporta la onda sonora por unidad de tiempo a través de una superficie dada, depende de la intensidad de la onda sonora y de la superficie, viniendo dada, en el caso general, por:

Ps es la potenciaIs es la intensidad sonora.dS es el elemento de superficie sobre alcanzado por la onda sonora.Para una fuente aislada, el cálculo de la potencia sonora total emitida requiere que la integral anterior se extienda sobre una superficie cerrada.

PresiónLa presión (símbolo p) es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en

dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea. En el Sistema Internacional de Unidades la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton actuando uniformemente en un metro cuadrado. En el Sistema Inglés la presión se mide en libra por pulgada cuadrada (pound per square inch o psi) que es equivalente a una fuerza total de una libra actuando en una pulgada cuadrada. La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la presión P viene dada de la siguiente forma:

Unidades de presión y sus factores de conversión

  Pascal bar N/mm² kp/m² kp/cm² atm Torr PSI

1 Pa (N/m²)= 1 10-5 10-6 0,1020,102×1

0-4

0,987×1

0-50,0075

0,0001450

3

1 bar (10N/cm²) = 105 1 0,1 10200 1,02 0,987 750 14.5036

1 N/mm² = 106 10 11,02×1

0510,2 9,87 7500 145,0536

1 kp/m² = 9,81 9,81×10-5 9,81×10-6 1 10-40,968×1

0-40,0736 0,001422

1 kp/cm² = 9,81x104 0,981 0,0981 10000 1 0,968 736 14,22094

1 atm (760 Torr) = 101325 1,01325 0,1013 10330 1,033 1 760 14,69480

  Pascal bar N/mm² kp/m² kp/cm² atm Torr PSI

1 Pa (N/m²)= 1 10-5 10-6 0,1020,102×1

0-4

0,987×1

0-50,0075

0,0001450

3

1 bar (10N/cm²) = 105 1 0,1 10200 1,02 0,987 750 14,5036

1 N/mm² = 106 10 11,02×1

0510,2 9,87 7500 145,0536

1 kp/m² = 9,81 9,81×10-5 9,81×10-6 1 10-40,968×1

0-40,0736 0,001422

1 kp/cm² = 9,81x104 0,981 0,0981 10000 1 0,968 736 14,22094

1 atm (760 Torr) = 101325 1,01325 0,1013 10330 1,033 1 760 14,69480

1 Torr (mmHg) = 133,320,001333

2

1,3332×1

0-413,6 1,36x10-3

1,32x10-

31 0,019336

1 PSI (libra /

pulgada

6894,7572 0,68948 0,06894 703,18 0,070318 0,06804 51,714 1

cuadrada) = 9 8 8 6 9

Volumen

El volumen es una magnitud escalar definida como la extensión en tres dimensiones de una región del espacio. Es una magnitud derivada de la longitud, ya que se halla multiplicando la longitud, el ancho y la altura. Desde un punto de vista físico, los cuerpos materiales ocupan un volumen por el hecho de ser extensos, fenómeno que se debe al principio de exclusión de Pauli.La capacidad y el volumen son términos equivalentes, pero no iguales. Se define la capacidad de un recipiente como la "propiedad de una cosa de contener otras dentro de ciertos límites".3 La capacidad se refiere al volumen de espacio vacío de alguna cosa que es suficiente para contener a otra u otras cosas.La unidad de medida de volumen en el Sistema Internacional de Unidades es el metro cúbico. Para medir la capacidad se utiliza el litro. Por razones históricas, existen unidades separadas para ambas, sin embargo están relacionadas por la equivalencia entre el litro y el decímetro cúbico:1 dm3 = 1 litro = 0,001 m3 = 1000 cm3.

CalorEl calor se define como la transferencia de energía que se da entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia).La energía calórica o térmica puede ser transferida por diferentes mecanismos de transferencia, estos son la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura.

TemperaturaLa temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor.

Segunda ley de la termodinámica

También es posible definir la temperatura en términos de la segunda ley de la termodinámica, la cual dice que la entropía de todos los sistemas, o bien permanece igual o bien aumenta con el tiempo, esto se aplica al Universo entero como sistema termodinámico. La entropía es una medida del desorden que hay en un sistema. Este concepto puede ser entendido en términos estadísticos, considere una serie de tiros de monedas. Un sistema perfectamente ordenado para la serie, sería aquel en que solo cae cara o solo cae cruz. Sin embargo, existen múltiples combinaciones por las cuales el resultado es un desorden en el sistema, es decir que haya una fracción de caras y otra de cruces. Un sistema desordenado podría ser aquel en el que hay 90 % de caras y 10 % de cruces, o 60 % de caras y 40 % de cruces. Sin embargo es claro que a medida que se hacen más tiros, el número de combinaciones posibles por las cuales el sistema se desordena es mayor; en otras palabras el sistema evoluciona naturalmente hacia un estado de desorden máximo es decir 50 % caras 50 % cruces de tal manera que cualquier variación fuera de ese estado es altamente improbable.Para dar la definición de temperatura con base en la segunda ley, habrá que introducir el concepto de máquina térmica la cual es cualquier dispositivo capaz de transformar calor en trabajo mecánico. En particular interesa conocer el planteamiento teórico de la máquina de Carnot, que es una máquina térmica de construcción teórica, que establece los límites teóricos para la eficiencia de cualquier máquina térmica real.

Aquí se muestra el ciclo de la máquina térmica descrita por Carnot, el calor entra al sistema a través de una

temperatura inicial (aquí se muestra comoTH) y fluye a través del mismo obligando al sistema a ejercer un

trabajo sobre sus alrededores, y luego pasa al medio frío, el cual tiene una temperatura final (TC).

En una máquina térmica cualquiera, el trabajo que esta realiza corresponde a la diferencia entre el calor que se le suministra y el calor que sale de ella. Por lo tanto, la eficiencia es el trabajo que realiza la máquina dividido entre el calor que se le suministra:

 (1)Donde Wci es el trabajo hecho por la máquina en cada ciclo. Se ve que la eficiencia depende solo de Qi y de Qf. Ya que Qi y Qf corresponden al calor transferido a las temperaturas Ti y Tf, es razonable asumir que ambas son funciones de la temperatura:

 (2)Sin embargo, es posible utilizar a conveniencia, una escala de temperatura tal que

 (3)

Sustituyendo la ecuación (3) en la (1) relaciona la eficiencia de la máquina con la temperatura:

 (4)Hay que notar que para Tf = 0 K la eficiencia se hace del 100 %, temperaturas inferiores producen una eficiencia aún mayor que 100 %. Ya que la primera ley de la termodinámica prohíbe que la eficiencia sea mayor que el 100 %, esto implica que la mínima temperatura que se puede obtener en un sistema microscópico es de 0 K. Reordenando la ecuación (4) se obtiene:

 (5)Aquí el signo negativo indica la salida de calor del sistema. Esta relación sugiere la existencia de una función de estado S definida por:

 (6)Donde el subíndice indica un proceso reversible. El cambio de esta función de estado en cualquier ciclo es cero, tal como es necesario para cualquier función de estado. Esta función corresponde a la entropía del sistema, que fue descrita anteriormente. Reordenando la ecuación siguiente para obtener una definición de temperatura en términos de la entropía y el calor:

 (7)Para un sistema en que la entropía sea una función de su energía interna E, su temperatura está dada por:

 (8)Esto es, el recíproco de la temperatura del sistema es la razón de cambio de su entropía con respecto a su energía.

Transmisión de CalorLa transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la segunda ley de la termodinámica. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta.

Modos de TransmisiónLos modos de transferencia son diferentes procesos de transporte de calor, usualmente se

agrupan en tres tipos según haya también transferencia o no transferencia de materia (o fotones) como los siguientes:

Conducción: Es la transferencia de calor que se produce a través de un medio estacionario -que puede ser un sólido- cuando existe una diferencia de temperatura.

Convección: La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en una cacerola, la que está en contacto con la parte de abajo de la cacerola se mueve hacia arriba, mientras que el agua que está en la superficie, desciende, ocupando el lugar que dejó la caliente.

Radiación: se puede atribuir a cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivas. En ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas electromagnéticas.

Sistema AbiertoUn sistema abierto es un sistema físico (o químico) que interactúa con otros agentes químicos, por lo tanto está conectado correccionalmente con factores externos a él.Una propiedad importante de los sistemas abiertos es que las ecuaciones de evolución temporal, llamadas "ecuaciones del movimiento" de dicho sistema no dependen de variables y factores contenidas en el sistema. Para un sistema de ese tipo por ejemplo la elección del origen de tiempos es exacta.Sistema de información abierto es mucho más importante que el cerrado porque de él pueden depender otras plataformas del sistema, las cuales pueden necesitar códigos o información que están introducidas en el mismo. En pocas palabras el sistema abierto es circunferencial en otros sistemas del sistema por completo.Para un sistema de ese tipo por ejemplo la elección del origen de tiempos es exacta por lo tanto está conectado correccionalmente con factores externos a él.

Además se sabe que la célula también es considerada como un sistema abierto, ya que con su medio externo mediante su membrana

celular.

Sistema Cerrado

Un sistema cerrado es un sistema físico (o químico) que no interactúa con otros agentes físicos situados fuera de él y por tanto no está conectado casualmente ni correlacionalmente con nada externo a él.Una propiedad importante de los sistemas cerrados es que las ecuaciones de evolución temporal, llamadas ecuaciones del movimiento de dicho sistema sólo dependen de variables y factores contenidos en el sistema. Para un sistema de ese tipo por ejemplo la elección del origen de tiempos es arbitraria y por tanto las ecuaciones de evolución temporal son invariantes respecto a las traslaciones temporales. Eso último implica que la energía total de dicho sistema se conserva; de hecho, un sistema cerrado al estar aislado no puede intercambiar energía con nada externo a él.El universo entero considerado como un todo es probablemente el único sistema realmente cerrado, sin embargo, en la práctica muchos sistemas no completamente aislados pueden estudiarse como sistemas cerrados con un grado de aproximación muy bueno o casi perfecto.

Ley de los Gases Ideales

La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). La energía cinética es directamente proporcional a la temperatura en un gas ideal. Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura.En 1648, el químico Jan Baptist van Helmont creó el vocablo gas, a partir del término griego kaos (desorden) para definir las génesis características del anhídrido carbónico. Esta denominación se extendió luego a todos los cuerpos gaseosos y se utiliza para designar uno de los estados de la materia.La principal característica de los gases respecto de los sólidos y los líquidos, es que no pueden verse ni tocarse, pero también se encuentran compuestos de átomos y moléculas.La causa de la naturaleza del gas se encuentra en sus moléculas, muy separadas unas de otras y con movimientos aleatorios entre sí. Al igual que ocurre con los otros dos estados de la materia, el gas también puede

transformarse (en líquido) si se somete a temperaturas muy bajas. A este proceso se le denomina condensación.

La mayoría de los gases necesitan temperaturas muy bajas para lograr condensarse. Por ejemplo, en el caso del oxígeno la temperatura necesaria es de -183°C.Las primeras leyes de los gases fueron desarrollados desde finales del siglo XVII, aparentemente de manera independiente por August Krönig en 1856 1 y Rudolf Clausius en 1857.2 La constante universal de los gases se descubrió y se introdujo por primera vez en la ley de los gases ideales en lugar de un gran número de constantes de gases específicas descriptas por Dmitri Mendeleev en 1874.En este siglo, los científicos empezaron a darse cuenta de que en las relaciones entre la presión, el volumen y la temperatura de una muestra de gas, en un sistema cerrado, se podría obtener una fórmula que sería válida para todos los gases. Estos se comportan de forma similar en una amplia variedad de condiciones debido a la buena aproximación que tienen las moléculas que se encuentran más separadas, y hoy en día la ecuación de estado para un gas ideal se deriva de la teoría cinética. Ahora las leyes anteriores de los gases se consideran como casos especiales de la ecuación del gas ideal, con una o más de las variables mantenidas constantes.El estado de una cantidad de gas se determina por su presión, volumen y temperatura. La forma moderna de la ecuación relaciona estos simplemente en dos formas principales. La temperatura utilizada en la ecuación de estado es una temperatura absoluta: en el sistema SI de unidades, kelvin, en el sistema imperial, grados Rankine.

Forma común

La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es:

Donde: = Presión absoluta = Volumen = Moles de gas = Constante universal de los gases ideales = Temperatura absoluta

Sistema Internacional de Unidades

Magnitud

física

básica

Símbolo

dimensional

Unidad

básica

Símbolo

de la

unidad

Definición

Longitud L metro mLongitud que en el vacío recorre la luz durante un 1/299 792 458 de segundo.

Masa M kilogramo kg

Masa de un cilindro de diámetro y altura 39 milímetros, aleación 90 % platino y 10 % iridio, custodiado en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en Sèvres, Francia. Aproximadamente la masa de un litro de agua pura a 14,5 °C o 286,75 K.

Tiempo T segundo s

Duración de 9 192 631 770 periodos de la radiación de transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133.

Corriente

eléctricaI

ampere o

amperioA

Un amperio es la intensidad de una corriente constante que manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2·10−7 newtons por metro de longitud.

Temperatura Θ kelvin K

1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. El cero de la escala Kelvin coincide con el cero absoluto (−273,15 grados Celsius2 ).

Cantidad de

sustanciaN mol mol

Cantidad de materia que hay en tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 kg del isótopo carbono-12. Si se emplea el mol, es necesario especificar las unidades elementales: átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas o grupos específicos de tales partículas.

Intensidad

luminosa

J candela cdIntensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 5,4·1014 Hz y cuya intensidad energética en dicha dirección es 1/683 vatios por

estereorradián.

Sistema Ingles