Propiedades de los materiales (termodinámica)

Termodinámica
La clásica máquina térmica de Carnot
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Leyes Cero Primero Segundo Tercero
Sistemas Sistema cerrado Sistema abierto Sistema aislado Estado Ecuación de estado Gas ideal Gas real Estado de la materia Fase (materia) Equilibrio Controlar el volumen Instrumentos Procesos Isobárico Isocórico Isotermal Adiabático Isentrópico Isentálpico Cuasistático Politrópico Expansión libre Reversibilidad Irreversibilidad Endorreversibilidad Ciclos Motores térmicos Bombas de calor Eficiencia térmica
Propiedades del sistema Nota: Variables conjugadas en cursiva Property diagrams Intensive and extensive properties Process functions Work Heat Functions of state Temperature / Entropy (introduction) Pressure / Volume Chemical potential / Particle number Vapor quality Reduced properties
Material properties Property databases Specific heat capacity  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Compressibility  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Thermal expansion  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Equations Carnot's theorem Clausius theorem Fundamental relation Ideal gas law Maxwell relations Onsager reciprocal relations Bridgman's equations Table of thermodynamic equations
Potentials Free energy Free entropy Internal energy ${\displaystyle U(S,V)}$ Enthalpy ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Helmholtz free energy ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Gibbs free energy ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
History Culture History General Entropy Gas laws "Perpetual motion" machines Philosophy Entropy and time Entropy and life Brownian ratchet Maxwell's demon Heat death paradox Loschmidt's paradox Synergetics Theories Caloric theory Vis viva ("living force") Mechanical equivalent of heat Motive power Key publications An Inquiry Concerning the Source ... Friction On the Equilibrium of Heterogeneous Substances Reflections on the Motive Power of Fire Timelines Thermodynamics Heat engines Art Education Maxwell's thermodynamic surface Entropy as energy dispersal
Scientists Bernoulli Boltzmann Bridgman Carathéodory Carnot Clapeyron Clausius de Donder Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Kelvin Lewis Massieu Maxwell von Mayer Nernst Onsager Planck Rankine Smeaton Stahl Tait Thompson van der Waals Waterston
Other Nucleation Self-assembly Self-organization Order and disorder
Category
v t e

Las propiedades termodinámicas de los materiales son parámetros termodinámicos intensivos que son específicos de un material determinado. Cada uno está directamente relacionado con un diferencial de segundo orden de un potencial termodinámico . Ejemplos de un sistema simple de un componente son:

• Compresibilidad (o su inverso, el módulo volumétrico )

• Compresibilidad isotérmica

${\displaystyle \kappa _{T}=-{\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial P}}\right)_{T}\quad =-{\frac {1}{V}}\,{\frac {\partial ^{2}G}{\partial P^{2}}}}$

• Compresibilidad adiabática

${\displaystyle \kappa _{S}=-{\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial P}}\right)_{S}\quad =-{\frac {1}{V}}\,{\frac {\partial ^{2}H}{\partial P^{2}}}}$

• Calor específico (Nota: el análogo extensivo es la capacidad calorífica )

• Calor específico a presión constante

${\displaystyle c_{P}={\frac {T}{N}}\left({\frac {\partial S}{\partial T}}\right)_{P}\quad =-{\frac {T}{N}}\,{\frac {\partial ^{2}G}{\partial T^{2}}}}$

• Calor específico a volumen constante

${\displaystyle c_{V}={\frac {T}{N}}\left({\frac {\partial S}{\partial T}}\right)_{V}\quad =-{\frac {T}{N}}\,{\frac {\partial ^{2}A}{\partial T^{2}}}}$

• Coeficiente de expansión térmica

${\displaystyle \alpha ={\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{P}\quad ={\frac {1}{V}}\,{\frac {\partial ^{2}G}{\partial P\partial T}}}$

donde P   es la presión , V   es el volumen , T   es la temperatura , S   es la entropía y N   es el número de partículas .

Para un sistema de un solo componente, solo se necesitan tres segundas derivadas para derivar todas las demás, y por lo tanto, solo se necesitan tres propiedades del material para derivar todas las demás. Para un sistema de un solo componente, los tres parámetros "estándar" son la compresibilidad isotérmica , el calor específico a presión constante y el coeficiente de expansión térmica .${\displaystyle \kappa _{T}}$${\displaystyle c_{P}}$${\displaystyle \alpha }$

Por ejemplo, las siguientes ecuaciones son verdaderas:

${\displaystyle c_{P}=c_{V}+{\frac {TV\alpha ^{2}}{N\kappa _{T}}}}$

${\displaystyle \kappa _{T}=\kappa _{S}+{\frac {TV\alpha ^{2}}{Nc_{P}}}}$

Las tres propiedades "estándar" son, de hecho, las tres segundas derivadas posibles de la energía libre de Gibbs con respecto a la temperatura y la presión. Además, considerando derivadas como y las relaciones de Schwartz relacionadas, se demuestra que el triplete de propiedades no es independiente. De hecho, una función de propiedad puede darse como expresión de las otras dos, hasta un valor de estado de referencia. ^[1]${\displaystyle {\frac {\partial ^{3}G}{\partial P\partial T^{2}}}}$

El segundo principio de la termodinámica tiene implicaciones en el signo de algunas propiedades termodinámicas como la compresibilidad isotérmica. ^{[1] [2]}

• Lista de propiedades de los materiales (propiedades térmicas)
• Relación de capacidad calorífica
• Mecánica estadística
• Ecuaciones termodinámicas
• Bases de datos termodinámicas para sustancias puras
• Coeficiente de transferencia de calor
• Calor latente
• Calor específico de fusión (Entalpía de fusión)
• Calor específico de vaporización (Entalpía de vaporización)
• Masa térmica

• El banco de datos de Dortmund es un banco de datos factual para datos termodinámicos y termofísicos.

• Callen, Herbert B. (1985). Termodinámica e introducción a la termoestadística (2.ª ed.). Nueva York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-86256-8.