Conceptes Fonamentals de Termodinàmica: Guia Essencial i Preguntes Clau

🧪 Conceptes Clau de Termodinàmica: Preguntes i Respostes

1. "Un títol de 0,7 en una substància pura vol dir..."
✅ Resposta: (a) El 70% de la massa és vapor

📎 Motiu: El títol (x) indica la fracció de massa de vapor en una mescla líquid-vapor.

2. "El punt crític d’una substància pura és..."
✅ Resposta: (a) Un punt únic

📎 Motiu: És el punt on desapareix la diferència entre líquid i vapor. A partir d’aquí no hi ha canvi de fase. No és una línia ni depèn de res més.

3. "El líquid comprimit és aquell que..."
✅ Resposta: (c) Té una pressió més gran que la de saturació a la mateixa T

📎 Motiu: Si una substància està a una temperatura (T) determinada i la pressió és superior a la de saturació, llavors no pot existir en equilibri líquid-vapor, i és líquid comprimit.

4. "Un líquid subrefredat és aquell que..."
✅ Resposta: (d) No està en equilibri amb vapor, no pot canviar de fase

5. "El treball és una propietat del sistema?"
✅ Resposta: (d) No, el treball no és una propietat, depèn de la trajectòria

6. "Un sistema tancat però no aïllat..."
✅ Resposta: (b) Pot intercanviar calor i treball, però no massa

7. "Un sistema aïllat..."
✅ Resposta: (a) No intercanvia ni massa ni energia

8. "El quocient γ=cpcv és..."
✅ Resposta: (a) Exponent adiabàtic

9. "Les propietats intensives són additives com les extensives?"
✅ Resposta: (d) Fals

10. "Les propietats intensives són..."
✅ Resposta: (c) Independents de la massa del sistema

11. "L’estat d’una substància en fase única queda determinat per..."
✅ Resposta: (a) 2 propietats intensives independents

12. "Quina relació hi ha entre cp, cv i R?"
✅ Resposta: (a) R=cp−cv

13. "L’equació Pv=RT és..."
✅ Resposta: (d) Una equació d’estat

14. "En un procés adiabàtic reversible de gas ideal..."
✅ Resposta: (a) No hi ha transferència de calor

15. "Si es coneix l’estat d’una substància pura..."
✅ Resposta: (c) Es pot determinar qualsevol propietat (usant taules)

16. "Els valors d’entropia, energia interna i entalpia..."
✅ Resposta: (b) Es troben a les taules de propietats

17. "Un sistema obert és aquell que..."
✅ Resposta: (c) Pot intercanviar massa i energia amb l’entorn

🔥 Primer Principi de la Termodinàmica

• L'energia no es crea ni es destrueix, només es transforma.
• Sistema tancat: ΔU = Q - W
• Sistema obert (flux permanent): W_eix = m·(h₁ - h₂ + (v₁² - v₂²)/2 + g(z₁ - z₂))
• Energia total: energia interna + energia cinètica + energia potencial
• Només Q (calor) i W (treball) travessen la frontera (fenòmens de frontera).

⚙️ Tipus de Sistemes Termodinàmics

• Sistema tancat: intercanvia energia, però no massa.
• Sistema obert: intercanvia energia i massa.
• Sistema aïllat: no intercanvia ni massa ni energia.
• Exemples: Sistema tancat: cilindre amb pistó. Sistema obert: turbina, vàlvula.

💡 Energia Interna i Entalpia

• u: energia interna
• h: entalpia (h = u + Pv)
• Δu = c_v·ΔT
• Δh = c_p·ΔT (vàlid només per a gasos ideals)
• c: energia necessària per escalfar 1 kg de substància 1°C. c_p: a pressió constant, c_v: a volum constant.

📐 Gasos Ideals i Perfectes

• Pv = RT: equació d'estat dels gasos ideals.
• Per a l'aire: R ≈ 0.287 kJ/(kg·K)
• Relació de Mayer: R = c_p - c_v
• γ = c_p / c_v: (aproximadament 1.4 per a l'aire)
• Q = 0: procés adiabàtic
• ΔT = 0: procés isoterm
• Procés politròpic: Pvⁿ = constant.

🧪 Fases i Estats de la Matèria

• Títol (x): fracció de massa de vapor en una mescla líquid-vapor (x = m_vapor / m_total). Exemple: x = 0.7 significa 70% de vapor.
• Líquid comprimit: pressió (P) superior a la de saturació (P_sat) per a una temperatura (T) donada.
• Líquid subrefredat: temperatura (T) inferior a la de saturació (T_sat).
• Punt crític: punt únic on desapareix la distinció entre fase líquida i vapor.
• Dues propietats intensives independents defineixen l'estat d'una substància pura.
• Variables d'estat comunes: P (pressió), T (temperatura), v (volum específic), h (entalpia), u (energia interna), x (títol).

📊 Ús de Taules de Propietats

• S'utilitzen per a substàncies pures (ex: aigua, R-134a).
• Cal interpolar si el valor desitjat es troba entre dues files de la taula.
• Q (calor) i W (treball) no són propietats d'estat (no es troben a les taules).

⚠️ Conveni de Signes per Calor i Treball

• Q > 0: el sistema rep calor.
• W > 0: el sistema realitza treball d'expansió.
• Q i W depenen de la trajectòria del procés (no són funcions d'estat).

🔁 Cicles Termodinàmics

• L'energia interna (U) és una funció d'estat, per tant, ΔU = 0 en un cicle tancat.
• En un cicle tancat: Q_net = W_net.