Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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INTRODUCCIÓN Y CONCEPTOS BÁSICOS
volumen de control. En este caso, las paredes interiores del recipiente forman
la superficie de control la cual es cruzada en dos lugares por la masa.
En un análisis de ingeniería, el sistema bajo estudio se debe definir con
cuidado. En la mayor parte de los casos, el sistema analizado es bastante simple
y obvio, y definirlo podría parecer una tarea tediosa e innecesaria. Sin embargo,
en otros casos el sistema bajo análisis podría ser bastante complejo, de modo
que su apropiada elección puede simplificar en gran medida el análisis.
1
2– m
1
2– V
T
P
ρ
m
V
T
P
ρ
1
2– m
1
2– V
T
P
ρ
Propiedades
extensivas
Propiedades
intensivas
FIGURA 1-24
Criterio para diferenciar propiedades
intensivas y extensivas.
O 2 1 atm, 20 °C
3 × 10 16 moléculas/mm 3
HUECO
FIGURA 1-25
A pesar de los grandes espacios entre
moléculas, una sustancia puede ser
tratada como un continuo, como
resultado de la gran cantidad de
moléculas, incluso en un volumen
extremadamente pequeño.
1-4 ■ PROPIEDADES DE UN SISTEMA
Cualquier característica de un sistema se llama propiedad. Algunas propiedades
muy familiares son presión P, temperatura T, volumen V y masa m. La
lista se puede ampliar para incluir propiedades menos familiares como viscosidad,
conductividad térmica, módulo de elasticidad, coeficiente de expansión
térmica, resistividad eléctrica e incluso velocidad y elevación.
Se considera que las propiedades son intensivas o extensivas. Las propiedades
intensivas son aquellas independientes de la masa de un sistema, como
temperatura, presión y densidad. Las propiedades extensivas son aquellas
cuyos valores dependen del tamaño o extensión del sistema. La masa total,
volumen total y cantidad de movimiento total son algunos ejemplos de propiedades
extensivas. Una forma fácil de determinar si una propiedad es intensiva
o extensiva es dividir el sistema en dos partes iguales mediante una partición
imaginaria, como se ilustra en la figura 1-24; cada parte tendrá el mismo valor
de propiedades intensivas que el sistema original, pero la mitad del valor de las
propiedades extensivas.
Comúnmente, las letras mayúsculas se usan para denotar propiedades extensivas
(con la importante excepción de la masa m) y las minúsculas para las
intensivas (con las excepciones obvias de la presión P y la temperatura T).
Las propiedades extensivas por unidad de masa se llaman propiedades
específicas. Algunos ejemplos de éstas son el volumen específico (v V/m) y
la energía total específica (e E/m).
Continuo
La materia está constituida por átomos que están igualmente espaciados en la
fase gas. Sin embargo, es muy conveniente no tomar en cuenta la naturaleza
atómica de una sustancia y considerarla como materia continua, homogénea
y sin ningún hueco, es decir, un continuo. La idealización de continuo permite
tratar a las propiedades como funciones puntuales y suponer que varían
en forma continua en el espacio sin saltos discontinuos. Esta idealización es
válida siempre y cuando el tamaño del sistema analizado sea grande en relación
con el espacio entre moléculas. Éste es el caso en casi todos los problemas
a excepción de algunos especializados. La idealización del continuo está
implícita en muchos enunciados, como “la densidad del agua en un vaso es la
misma en cualquier punto”.
Para tener una idea de la distancia que hay a nivel molecular, considere
un recipiente lleno de oxígeno en condiciones atmosféricas. El diámetro de la
molécula de oxígeno es de alrededor de 3 10 10 m y su masa es de 5.3
10 26 kg. Asimismo, la trayectoria libre media del oxígeno a una presión de
1 atm y 20 °C es 6.3 10 8 m. Es decir, una molécula de oxígeno viaja, en
promedio, una distancia de 6.3 10 8 m (unas 200 veces su diámetro) antes
de chocar con otra molécula.
También, hay cerca de 3 10 16 moléculas de oxígeno en el pequeño volumen
de 1 mm 3 a 1 atm de presión y 20 °C (Fig. 1-25). El modelo del continuo