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Equilibrio de fase

Ecuación

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Si consideramos dos fases 1 y 2 con respectivamente N_1 y N_2 partículas, ocupando los volúmenes V_1 y V_2 con las energías U_1 y U_2 se tendrá que que los totales\\n\\n

U_1+U_2=U

\\n\\n

V_1+V_2=V

\\n\\n

N_1+N_2=N

\\n\\nserán constantes. Por ello variaciones tendrán que ser tal que\\n\\n

dU_1+dU_2=0 \rightarrow dU_2=-dU_1

\\n\\n

dV_1+dV_2=0 \rightarrow dV_2=-dV_1

\\n\\n

dN_1+dN_2=0 \rightarrow dN_2=-dN_1

\\n\\nSi el sistema esta en equilibrio, su entropia total deberá ser un máximo con lo que se obtiene que\\n\\n

dS = dS_1 + dS_2 =0



Como el diferencial de la entropía es con

dS =\displaystyle\frac{1}{ T } dU +\displaystyle\frac{ p }{ T } dV +\displaystyle\sum_i\displaystyle\frac{ \mu_i }{ T } dN_i

\\n\\no sea\\n\\n

dS = dS_1 + dS_2 = \displaystyle\frac{1}{T_1}dU_1+\displaystyle\frac{1}{T_2}dU_2+\displaystyle\frac{p_1}{T_1}dV_1+\displaystyle\frac{p_2}{T_2}dV_2+\displaystyle\frac{\mu_1}{T_1}dN_1+\displaystyle\frac{\mu_2}{T_2}dN_2



se obtiene con la igualdad de los diferenciales que debe darse que con

dS = \left(\displaystyle\frac{1}{ T_1 }-\displaystyle\frac{1}{ T_2 }\right) dU_1 +\left(\displaystyle\frac{ p_1 }{ T_1 }-\displaystyle\frac{ p_2 }{ T_2 }\right) dV_1 -\left(\displaystyle\frac{ \mu_1 }{ T_1 }-\displaystyle\frac{ \mu_2 }{ T_2 }\right) dN_1

ID:(8022, 0)



Condición de equilibrio, temperatura T

Ecuación

>Top, >Modelo


Como la variación de la entropía en un sistema de dos fases con potencial químico 1 J, potencial químico 2 J, presión 1 Pa, presión 2 Pa, temperatura 1 K, temperatura 2 K, variación de la energía interna 1 J, variación de la entropía J/K, variación del numero de partículas del tipo 1 - y variación del volumen 1 m^3

dS = \left(\displaystyle\frac{1}{ T_1 }-\displaystyle\frac{1}{ T_2 }\right) dU_1 +\left(\displaystyle\frac{ p_1 }{ T_1 }-\displaystyle\frac{ p_2 }{ T_2 }\right) dV_1 -\left(\displaystyle\frac{ \mu_1 }{ T_1 }-\displaystyle\frac{ \mu_2 }{ T_2 }\right) dN_1



debe ser nula se concluye que las temperaturas de ambas fases deben ser iguales con potencial químico 1 J, potencial químico 2 J, presión 1 Pa, presión 2 Pa, temperatura 1 K, temperatura 2 K, variación de la energía interna 1 J, variación de la entropía J/K, variación del numero de partículas del tipo 1 - y variación del volumen 1 m^3

T_1 = T_2

ID:(8020, 0)



Condición de equilibrio, presión p

Ecuación

>Top, >Modelo


Como la variación de la entropía en un sistema de dos fases con potencial químico 1 J, potencial químico 2 J, presión 1 Pa, presión 2 Pa, temperatura 1 K, temperatura 2 K, variación de la energía interna 1 J, variación de la entropía J/K, variación del numero de partículas del tipo 1 - y variación del volumen 1 m^3

dS = \left(\displaystyle\frac{1}{ T_1 }-\displaystyle\frac{1}{ T_2 }\right) dU_1 +\left(\displaystyle\frac{ p_1 }{ T_1 }-\displaystyle\frac{ p_2 }{ T_2 }\right) dV_1 -\left(\displaystyle\frac{ \mu_1 }{ T_1 }-\displaystyle\frac{ \mu_2 }{ T_2 }\right) dN_1



debe ser nula, se concluye que con con temperatura 1 K y temperatura 2 K

T_1 = T_2



las presiones de ambas fases deben ser iguales con temperatura 1 K y temperatura 2 K

p_1 = p_2

ID:(8021, 0)



Condición de equilibrio, potencial químico \mu

Ecuación

>Top, >Modelo


Como la variación de la entropía en un sistema de dos fases con potencial químico 1 J, potencial químico 2 J, presión 1 Pa, presión 2 Pa, temperatura 1 K, temperatura 2 K, variación de la energía interna 1 J, variación de la entropía J/K, variación del numero de partículas del tipo 1 - y variación del volumen 1 m^3

dS = \left(\displaystyle\frac{1}{ T_1 }-\displaystyle\frac{1}{ T_2 }\right) dU_1 +\left(\displaystyle\frac{ p_1 }{ T_1 }-\displaystyle\frac{ p_2 }{ T_2 }\right) dV_1 -\left(\displaystyle\frac{ \mu_1 }{ T_1 }-\displaystyle\frac{ \mu_2 }{ T_2 }\right) dN_1



debe ser nula, se concluye que con con temperatura 1 K y temperatura 2 K

T_1 = T_2



los potenciales químicos de ambas fases deben ser iguales con temperatura 1 K y temperatura 2 K

\mu_1 = \mu_2

ID:(11862, 0)



Potencial químico de un gas ideal

Ecuación

>Top, >Modelo


Como la entropía S de un gas ideal es con

S = N k_B \left(\displaystyle\frac{3}{2}\ln\displaystyle\frac{ U }{ N }+\ln\displaystyle\frac{ V }{ N }+ \ln \gamma \right)



se puede aplicar la definición del potencial químico con

\mu_i \equiv \left(\displaystyle\frac{\partial S }{\partial N_i }\right)_{U,V,N_j}



para obtener el potencial químico de un gas ideal con

\mu =\displaystyle\frac{ S }{ N }-\displaystyle\frac{5}{2} k_B

ID:(8019, 0)



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Video

Video: Aplicaciones del Potencial Químico