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Propiedades termodinámicas en
la interface líquido vapor
Introducción
• La noción de presión y su variación de un
punto a otro en el seno del fluido, son
conceptos que se aclaran mucho mejor
cuando este está en equilibrio.
Presión en un punto
• En fluido cualquiera en reposo no existen,
esfuerzos tangenciales (o cortantes). Así pues,
si por un punto P del fluido se pasa una
superficie cualquiera y se toma sobre ella un
elemento de área dA, la fuerza dF que actúa
sobre dA tiene la dirección de la normal a la
superficie. Se define entonces la presión como
el esfuerzo normal.
• De esta definición se deduce que la presión pn
no depende del vector n y que puede dejar de
escribirse el subíndice: Este resultado es
llamado el teorema de Pascal y se demuestra
como sigue.
• En este proyecto analizaremos el
comportamiento de algunas propiedades
termodinámicas, tales como la tensión
superficial, la presión de vapor, el perfil de
densidad y el perfil de presión mediante el uso
de la dinámica molecular
• En los planos paralelos de coordenadas que
pasan por el punto P, las áreas de las caras son
las proyecciones de dA y dicha proyección es
• Utilizando la segunda ley de Newton
Análisis y Resultados
1. Simulación de la evolución de 750 partículas
de argón con una simulación 500000 pasos
• Dividiendo por ½ dydz, etc y haciendo dxdydz
tienda a cero se obtiene
• Donde
• Con el resultado anterior, tenemos que al
valor de la presión sobre un elemento de
superficie no depende de su orientación. Por
consiguiente se puede escribir la definición de
presión sin especificar la dirección n
• La presión es pues, una magnitud escalar,
única en el seno del fluido. Ahora bien esa
magnitud escalar puede variar de un punto a
otro, es decir la presión es una función escalar
de punto.
• ¿ Que le pasa a la presión en la interfase
líquido – vapor ?
• Pues cambian sus componentes ya que en la
interfase existe un desequilibrio de fuerzas
donde
• Son las presiones tangenciales y
Es la presión normal mejor denominada presión
de vapor
Los gases reales difieren en sus propiedades de
dos maneras
1. No obedecen a la ecuación de estado de un
gas ideal.
2. Un gas real e condiciones adecuadas de
temperatura y presión puede licuarse y
solidificarse
• Experimentalmente, las isotermas de los gase
reales están representadas en la siguiente figura
en un espacio de estados p-V. En está gráfica se
muestran tres isotermas T1 < Tc < T2. La
isoterma Tc es la temperatura critica del gas,
define el punto crítico E caracterizado por que
cuando su presión y temperatura coinciden con
las del gas, este pasa súbitamente a su estado.
• La envolvente FCEBG define la región en la
cual las fases líquida y gaseosa coexisten en
estado de equilibrio. En está región las
presiones del vapor y del liquido son iguales y
su valor se conoce como presión de vapor.
Vapor es un gas se encuentra a una temperatura
menor que su temperatura crítica: o bien, es
un gas que puede licuarse. Sin embargo las
propiedades de gases y vapores son idénticas.
• Para un cambio de fase como el de la
vaporización (o condensación) es posible
calcular la cantidad de calor involucrada en el
proceso. Esta cantidad se llama calor latente
de vaporización y se define como
• De acuerdo con la primera ley de la
termodinámica
y además
ya que el proceso es
isobárico y reversible. Por tanto
Simulación
La Dinámica Molecular (DM) es una técnica de simulación en la que
se permite que átomos y moléculas interactúen por un período de
tiempo. En general, los sistemas moleculares son complejos y
consisten de un gran número de partículas, por lo cual sería
imposible encontrar sus propiedades de forma analítica. Para evitar
este problema, la DM utiliza métodos numéricos. Representa un
punto intermedio entre los experimentos y la teoría. Puede ser
entendida como un experimento en la computadora
2.- Perfil de la densidad con respecto a Z/s
con una simulación de 500000 pasos
3.- Perfil de la presión tangencial PT con una
simulación de 500000 pasos
4.- Perfil de la diferencia de presiones PN -PT con
una simulación de 500000 pasos
5.- Superposición de perfiles de presión con una
simulación de 500000 pasos
6.- Perfiles de presión y Tensión superficial con
una simulación de 500000 pasos
• ReporteInterfase.pdf page18
7.- Tensión superficial vs temperatura utilizado
cinco simulaciones con 50000 pasos.
8.- Logaritmo de la presión de vapor vs 1/T
temperatura utilizado cinco simulaciones con
50000 pasos.
y = -6.3923x + 3.6281
Conclusiones
• La dinámica molecular resulta de gran
importancia debido a que nos permite
entender a los materiales y las moléculas no
cómo entidades rígidas, sino como cuerpos
animados y además podemos comprender
fenómenos de la naturaleza tantos físicos
como químicos, como caso particular estudiar,
las propiedades termodinámicas que se dan
en la interface entre el liquido y el vapor.