Propiedades de los materiales (termodinámica)

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]}

Véase también

• Portal de física

• 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

Enlaces externos

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

Referencias

1. S. Benjelloun, "Identidades termodinámicas y consistencia termodinámica de la ecuación de estados", Enlace a la impresión electrónica de archivo Enlace a la impresión electrónica de Hal
2. Israel, R. (1979). Convexidad en la teoría de los gases reticulares. Princeton, Nueva Jersey: Princeton University Press. doi:10.2307/j.ctt13x1c8g

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