Cálculo de coeficientes

Enunciado

La densidad del agua, en kg/m³, para valores próximos a una presión de 15.0 MPa y una temperatura de 300℃ (estado del agua en una central nuclear) viene dada por la siguiente tabla:

ρ (kg/m³)	T = 300 ℃	T = 301 ℃
p = 15.0 MPa	725.55	723.46
p = 15.1 MPa	725.75	723.66

1. ¿Cuánto vale, aproximadamente, el coeficiente de dilatación volumétrica, β, a 300℃ y 15.0 MPa?
2. ¿Cuánto vale, aproximadamente, el coeficiente de compresibilidad, $\kappa _{T}$, a 300℃ y 15.0 MPa?

Coeficiente de dilatación

Para obtener el coeficiente de dilatación analizamos cómo varía la densidad con la temperatura

$\beta =-{\frac {1}{\rho }}\,\left({\frac {\partial \rho }{\partial T}}\right)_{p}\simeq -{\frac {1}{\rho }}\,{\frac {\Delta \rho }{\Delta T}}$

Los incrementos se calculan comparando valores en la misma fila

$\Delta T=301\,^{\circ }\mathrm {C} -300\,^{\circ }\mathrm {C} =1\,^{\circ }\mathrm {C}$ $\Delta \rho =\rho (301\,^{\circ }\mathrm {C} )-\rho (301\,^{\circ }\mathrm {C} )=\left(723.46\,{\frac {\mathrm {kg} }{\mathrm {m} ^{3}}}-725.55\,{\frac {\mathrm {kg} }{\mathrm {m} ^{3}}}\right)=-2.09\,{\frac {\mathrm {kg} }{\mathrm {m} ^{3}}}$

y obtenemos

$\beta =-{\frac {1}{725.55\,{\mathrm {kg} }/{\mathrm {m} ^{3}}}}{\frac {-2.09\,{\mathrm {kg} }/{\mathrm {m} ^{3}}}{1\,\mathrm {K} }}=+2.88\times {10}^{-3}\mathrm {K} ^{-1}$

Coeficiente de compresibilidad

Para este coeficiente operamos de manera similar, pero con las columnas en lugar de las filas

$\kappa ={\frac {1}{\rho }}\,\left({\frac {\partial \rho }{\partial p}}\right)_{T}\simeq -{\frac {1}{\rho }}\,{\frac {\Delta \rho }{\Delta p}}$

siendo los incrementos

$\Delta p=15.1\,\mathrm {Mpa} -15.0\,\mathrm {MPa} =0.1\,\mathrm {MPa} =10^{5}\,\mathrm {Pa}$ Error al representar (error de sintaxis): {\displaystyle \Delta\rho=\rho(15.1\,\mathrm{Mpa})-\rho(15.0\,\mathrm{MPa}) = \left(725.75\,\frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3}-725.55\,\frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3}}\right) = 0.20\,\frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3}}

lo que nos da

Error al representar (SVG (MathML puede ser habilitado mediante un plugin de navegador): respuesta no válida («Math extension cannot connect to Restbase.») del servidor «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \kappa= \frac{1}{725.55\,{\mathrm{kg}}/{\mathrm{m}^3}}\frac{0.20\,{\mathrm{kg}}/{\mathrm{m}^3}{10^5 Pa}=+2.76\times^10^{-9}\mathrm{Pa}^{-1}}