A vueltas con los equilibrios termodinámicos, xD

  1. #1
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    A vueltas con los equilibrios termodinámicos, xD

    Si yo mezclo una cantidad de agua a 0ºc y vapor de agua a 110ºc en un recipiente adiabatico, ¿Cuál sería el proceso que sufren?
    O sea xD A ver si me sé explicar bien.

    Habría dos incrementos de entropía:

    La primera, la del agua, sería hasta alcanzar la temperatura de equilibrio, y el vapor de agua se mantiene con la suya.

    La segunda, la del vapor de agua, los dos alcanzan ya la temperatura de equilibrio.




    Regalo sugus a quién me ayude :_)

  2. #2
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    En primer lugar, supongo que tengas las cantidades de cada cosa xD

    Lo que yo hago (no sé si te mandarán lo mismo, pero es bastante útil) es averiguar primero cual será el estado final de la mezcla, haciendo ciertas estimaciones. Como es un sistema adiabático, sabes que no se cede calor al exterior, y las ecuaciones para la entropía te quedarán algo así:

    Cambio de temperatura------> ΔS= m cp ln Tf/Ti

    Cambio de fase --------> ΔS = (m Δh) /T (Cuidado aquí, que la entalpía de fusión y condensación no son la misma).


    Entonces, lo primero que tienes que hacer es suponer cosas. Por ejemplo, supón que todo el vapor se condensa. Eso te dará una "energía" (Kj/K) por un lado. (1)

    Luego, si el agua está en estado líquido, supón que aumenta su temperatura hasta los 100º C, eso te dará otra energía. (2)


    Si (1) > (2), todo el agua ascenderá a 100º C, y tendrás que ver de nuevo si la energía restante es suficiente para que el agua se evapore.

    Si (1) < (2), todo el vapor se condensará y te quedará una mezcla de agua a cierta temperatura.


    Te escaneo un problema que acabo de encontrar, con vapor y hielo, para que veas un poco la forma de proceder, espero que lo entiendas, que soy bastante desastre. Si necesitas cualquier otra cosa pregunta :p

    http://i625.photobucket.com/albums/t...nyfsc/ejer.jpg
    “The amazing thing is that every atom in your body came from a star that exploded. And, the atoms in your left hand probably came from a different star than your right hand. It really is the most poetic thing I know about physics: You are all stardust. You couldn’t be here if stars hadn’t exploded, because the elements - the carbon, nitrogen, oxygen, iron, all the things that matter for evolution - weren’t created at the beginning of time. They were created in the nuclear furnaces of stars, and the only way they could get into your body is if those stars were kind enough to explode. So, forget Jesus. The stars died so that you could be here today.”

    Lawrence Krauss, "A Universe from Nothing: Why There Is Something Rather Than Nothing".

  3. #3
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    Si me dan los gramos ^^

    Pero no me dan Ahf.

  4. #4
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    Claro, porque no tienes hielo, sino agua, así que no es necesario para nada la entalpía de fusión :p
    “The amazing thing is that every atom in your body came from a star that exploded. And, the atoms in your left hand probably came from a different star than your right hand. It really is the most poetic thing I know about physics: You are all stardust. You couldn’t be here if stars hadn’t exploded, because the elements - the carbon, nitrogen, oxygen, iron, all the things that matter for evolution - weren’t created at the beginning of time. They were created in the nuclear furnaces of stars, and the only way they could get into your body is if those stars were kind enough to explode. So, forget Jesus. The stars died so that you could be here today.”

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  5. #5
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    Pero lo que no sé es saber quien cede a quien, BUUUUU, malditos físicos (:p)


    A ver, lo que yo he hecho es:

    q agua = m cp AT (aqui me sale algo en funcion de T)

    q vapor de agua = n cpm AT (algo en funcion de T)

    Como q=0=q agua + q vapor, pues de ahí saco la T del equilibrio

    ¿Así iría bien?

  6. #publi
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  7. #6
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    No xD En primer lugar tienes que usar las ecuaciones para la entropía, no para el calor, que son ligeramente distintas.

    A continuación se trata de pensar un poco antes de tirar de fórmulas. Tienes vapor y agua, vale? Eso lo metes en un sistema aislado. Automáticamente, el vapor cederá energía al agua y esta se irá calentando. Ahora bien, si le cede suficiente energía, se produce un cambio de fase de vapor a agua (condensación), por lo que el resultado final será agua + agua (incluso si tuvieras muchísimo vapor o vapor muy caliente, el final podría ser vapor + vapor). Es fundamental saber lo que vas a tener para ponder plantear la ecuación final y sacar la temperatura de equilibrio.

    Por eso, tienes que comprobar en primer lugar:

    a) La energía que cede el vapor al enfriarte de 110ºC a 100º C y la energía que produce el cambio de fase, con las ecuaciones que te puse arriba.

    b) La energía necesaria para que el agua pase de 0 a 100º C (que es otro punto de cambio de fase).

    Lo más lógico es que te salga que b) > a) , así que la conclusión es que todo el vapor se transforma en agua, y el agua que tenías se calienta, llegando ambas partes a una T de equilibrio. Esto es lo que hago en el problema que te he puesto, sólo que en vez de agua y vapor, en el mío hay hielo y vapor, pero se procede de manera idéntica.

    Cuando ya veas que lo que te queda es agua y agua, aplicas la condición de variación de S = 0 y despejas Tf (que es el último paso de mi problema). Ah! Y acuérdate de usar temperaturas en kelvin, que suele ser un fallo común.

    P.D. Qué rabia me da explicar por foro, con un papel en directo fijo que ya me habías entendido en 2 minutos xD
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  8. #7
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    Brrrr

    VA de 110 a 100

    AS1= n AH,m / T (aqui en T he puesto 110 en K)

    AS2= m cpH20 ln Tf/Ti (aqui he puesto 273/373)

    Ahora el H20 de 0 a 100

    AS1= m cp ln Tf/Ti (aqui 373/273)

    ¿Mejor? xD El problema está en que la tengo súper abandonada pero mandan ejercicios, y no me entero xD

  9. #8
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    Casi. xD El agua pasa de gas a líquido a 100º C, no a 110. Así que tienes mal la temperatura en AS1.

    En AS2, las temperaturas serían 110 y 100 en kelvin. También tienes una mal.

    La tercera está bien.

    Ahora tienes que comprobar si AS1 + AS2 > AS3 y seguramente veas que no. Eso significa que el agua no va a llegar a 100º C, que era lo esperado.

    Ahora planteas que AS = 0 => AS1 + AS2 + AS3 + AS4 = 0; AS4 es como AS3 pero para la masa del vapor una vez se ha convertido en agua, y con temperatura inicial 100. Además, en AS3 y AS4 aparece tf, así que la despejas y problema resuelto.


    Con lo bonita que es la termodinámica... ya te vale!
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  10. #9
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    Curioso, esto lo hemos dado nosotros en clase, xD.

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