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| Date post: | 03-Jan-2016 |
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•Viernes 1 de julioDe 11:00 a 13:00 horas
• Viernes 15 de julioDe 11:00 a 13:00 horas
• Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, Eighth Edition. Raymond A. Serway and John W. Jewett, Jr.
• Fundamentals of physics. Ninth edition. David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker.
• Physics for scientists and engineers. Fifth edition. Paul A. Tipler and Gene Mosca.
• Physics for scientists and engineers with modern physics. Third edition. Fishbane et al
1.La temperatura y la ley cero
2.El calor y la primera ley de la termodinámica
3.La teoría cinética de los gases
4.Entropía y la segunda ley de la termodinámica
5.El Cuerpo negro
a.El calor y la energía interna
b.El calor específico y la calorimetría
c.El calor latente
d.Trabajo y calor en los procesos termodinámicos
e.La primera ley de la termodinámica
f. Algunas aplicaciones de la primera ley
g.Los mecanismos de la transferencia de energía en los procesos térmicos
La energía interna de un sistema es la energía cinética total debida al movimiento de sus moléculas (de sus constituyentes) y la energía potencial asociada con la vibración y energía electromagnética de los átomos que constituyen las moléculas o los cristales.
En termodinámica, la energía interna
de un sistema se expresa en
términos de pares de variables
conjugadas, tales como la presión y
el volumen, la temperatura y la
entropía, el campo magnético y la
magnetización.
Es la energía intercambiada entre dos sistemas cuando no se encuentran en equilibrio.
Es la energía intercambiada entre dos sistemas cuando no se encuentran en equilibrio.
El calor es el flujo de la energía.
Los cuerpos no tienen “calor”, en realidad tienen energía interna.
La caloría (cal) es la cantidad
de energía que es necesario
transferir a un gramo de agua
para elevar su temperatura de
14.5°C to 15.5°C.
La " aloria", con "C" mayúscula, y
utilizada para expresar el contenido energético
de los alimentos, es de hecho una kilocaloria.
la unidad de energía en la vida común gringa
es el British thermal unit
C
(Btu), que es la
cantidad de energía necesaria para elevar de
63°F a 64°F la temperatura de una libra de agua.
La caloría (cal) es la cantidad de energía que es necesario transferir
a un gramo de agua para elevar su temperatura de 14.5°C to 15.5°C.
Una vez clara la relación entre energía
térmica y los procesos mecánicos, no
hay necesidad de una unidad relacionada
con los procesos térmicos.
El Joule ha sido ya definido como una
unidad de energía basada en los procesos
mecánicos.
Esta igualdad se conoce, por
razones puramente históricas,
como el equivalente mecánico del calor.
Un nombre más adecuado sería:
Equivalencia entre la energía mecánica
y la energía interna.
1 cal 4.186 J
a.El calor y la energía interna
b.El calor específico y la calorimetría
c.El calor latente
d.Trabajo y calor en los procesos termodinámicos
e.La primera ley de la termodinámica
f. Algunas aplicaciones de la primera ley
g.Los mecanismos de la transferencia de energía en los procesos térmicos
La capacidad calorífica de una muestra
particular de una sustancia se define como
la cantidad de energía necesaria para elevar
la temperatura de la muestra 1 K (ó un
grado centigrado 1 C). Es decir,
C
C
-1 -1Joule K Erg K
T
C
Q
C
-1 -1 -1 -1
El calor especifico de una sustancia es la
cantidad de energía calor que se necesita
para elev
1
ar un grado la temperatura de una
unidad de masa
Joule Kg K Erg g K
Qc
m T
c
c c
-1 1 -1 -1
El calor especifico molar de una sustancia
es la cantidad de energía calor que se
necesita para elevar un grado la temperatura
de un mol de la sustancia
Joule mol K Erg mol K
1
c
c c
Qc
n T
El calor especifico a volumen constante
de una sustancia es la cantidad de energía
calor que se necesita para elevar un grado
la temperatura de una unidad de masa
cuando el volumen de se mantiene cons
Vc
-1 -1 -1 -1
tante
Joule Kg K
1
Erg g KV
V
V
V
Qc
m T
c c
El calor especifico a presión constante
de una sustancia es la cantidad de energía
calor que se necesita para elevar un grado
la temperatura de una unidad de masa
cuando la presión de se mantiene cons
Pc
-1 -1 -1 -1
tante
Joule Kg K
1
Erg g KP
P
P
P
Qc
m T
c c
a.El calor y la energía interna
b.El calor específico y la calorimetría
c.El calor latente
d.Trabajo y calor en los procesos termodinámicos
e.La primera ley de la termodinámica
f. Algunas aplicaciones de la primera ley
g.Los mecanismos de la transferencia de energía en los procesos térmicos
La temperatura de una sustancia generalmente
cambia cuando se transfiere energía entre ella y
sus alrededores. Sin embargo, hay situaciones
en que la transferencia de energía no resulta en
un cambio de la temperatura. Este es el caso
siempre que las características de la sustancia
cambian de una forma a otra. Tal cambio es
conocido como u cambio de fn ase.
Cuando se derrite un sólido.
Cuando hierve un líquido.
Cuando cambia la estructura
cristalina de un sólido.
Los cambios de fase implican
un cambio en la energía interna,
pero no un cambio en la
temperatura.
Las diferentes sustancias responden de
manera diferente a la adición o sustracción
de energía mientras cambian de fase
debido a que sus arreglos moleculares
internos varían.
También la cantidad de energía
transferida en un cambio de fase
depende de la cantidad de la
sustancia involucrada.
Si se requiere transferir una cantidad de
energía para cambiar la fase de una
masa de la sustancia, el cociente
caracteriza una importante propiedad
térmica de dicha sust i
/
anc a.
Q
m
L Q m
Dado que la energía añadida o removida no
hace que cambie la temperatura, a la
cantidad se le llam calor latente a de la
sustancia.
L
Si se requiere transferir una cantidad de energía para
cambiar la fase de una masa de la sustancia, el cociente
/
caracteriza una importante propiedad térmica de dicha sustancia.
Q
m
L Q m
El valor de para una sustancia depende
de la naturaleza del cambio de fase y de
las propiedades de la sustancia.
L
/L Q m
Hay calor latente de fusión, calor latente
de vaporización, etc.
/
El valor de para una sustancia depende
de la naturaleza del cambio de fase y de
las propiedades de la sustancia.
L Q m
L
/L Q m
62.7 J 333 J 419 J 2260 J 40.2 J
3J2090 1.00 10 kg 30.0 K
kg K
62.7 J
i iQ cm T
5 3J3.33 10 1.00 10 kg
kg
333 J
f w f iQ L m L m
3J4.19 1.00 10 kg 100.0 K
kg K
419 J
w wQ c m T
6 3
3
J2.26 10 1.00 10 kg
kg
2.26 10 J
v s v wQ L m L m
3 3J2.01 10 1.00 10 kg 20.0 K
kg K
40.2 J
s sQ c m T
62.7 J 333 J 419 J 2260 J 40.2 J
a.El calor y la energía interna
b.El calor específico y la calorimetría
c.El calor latente
d.Trabajo y calor en los procesos termodinámicos
e.La primera ley de la termodinámica
f. Algunas aplicaciones de la primera ley
g.Los mecanismos de la transferencia de energía en los procesos térmicos
Una variable de estado es una cantidad física que puede ser medida con toda precisión y que caracteriza el estado del sistema, independientemente de cómo el sistema llegó a él. Desde luego que dichas variables de estado deben ser univaluadas y deben ser diferenciales exactas.
Una variable de estado es una cantidad física que puede ser medida con toda precisión y que caracteriza el estado del sistema, independientemente de cómo el sistema llegó a él. Desde luego que dichas variables de estado deben ser univaluadas y deben ser diferenciales exactas.
La temperatura, la presión y el volumen son variables de estado.Otros ejemplos de variables de estado:
La energía internaLa entropíaLa energía libre de HelmholtzLa energía libre de Gibbs
Una ecuación de estado es una relación,
entre dos o más cantidades físicas, que
describe el estado de la materia bajo un
conjunto de condiciones físicas.
Proporciona una relación matemática
entre dos o m
ás variables de estado
asociadas con la materia.
La ecuación de estado define a un
sistema termodinámico: , , 0f P V T
16 -1
es el número total de
partículas en el gas
y
1.380650 10 erg K
es la constante de Boltzmann.
N
k
PV NkT
-1 1
es el número total de
moles en el gas
y
8.314 J K mol
es la constante de los gases.
PV nRT
n
R
ˆ ˆ
dW F dr
Fj dyj
Fdy
PAdy
dW PdV
f
i
V
V
W PdV
f
i
V
V
W PdV
lnf f
i i
V V
f
iV V
VNkT dVW dV NkT NkT
V V V
16 -1
y donde
es el número total de partículas en el gas y 1.380650 10 erg K
f
i
V
V
W PdV PV NkT
N k
7
Si tenemos 2 moles de un gas mantenido a la temperatura
constante de 0 C y se comprime desde un volumen de 4
litros hasta 1 litro:
ln
ergios 12 moles 8.31 10 273 grados ln
mol×grado 4
f
i
VW nRT
V
106.3 10 ergios 6300 joules
lnf
i
V
f
iV
VW PdV W NkT
V
f
i
V
V
W PdV
Si el gas se expande es positivo, y por lo tanto,
el trabajo hecho por el gas es negativo
Si se comprime el gas, es negativo, y el trabajo
hecho sobre el gas es positi
Adoptamos la conveción qu
vo.
dV
dV
e el trabajo hecho sobre
sistema es positivo.
f
i
V
V
W PdV
a f f iW P V V b i f iW P V V f
i
V
c
V
W PdV
a f f iW P V V b i f iW P V V f
i
V
c
V
W PdV
a c bW W W
La energía transferida en forma de calor,
así como el trabajo realizado, dependen del
estado inicial, del estado final, y de la
trayectoria seguida entre estos dos estados.
f
i
V
i f
V
W V V PdV
depende de la trayectoria seguida entre y
no es una variable de estado
no es una variable termodinámica
i fW V V
W
W
a.El calor y la energía interna
b.El calor específico y la calorimetría
c.El calor latente
d.Trabajo y calor en los procesos termodinámicos
e.La primera ley de la termodinámica
f. Algunas aplicaciones de la primera ley
g.Los mecanismos de la transferencia de energía en los procesos térmicos
int
El cambio en la energía interna de un
sistema es igual al calor añadido al
sistema más el trabajo realizado por
el sistema. Es decir,
E Q W
Existe una cantidad conocida como
energía interna, cuyo valor está
determinado únicamente por el
estado del sistema.
La energía interna es, por tanto,
una variable de estado al igual que
la presión, el volumen, la temperatura.
Existe una cantidad conocida como energía interna, cuyo valor
está determinado únicamente por el estado del sistema.
int
Por lo tanto,
=constante.E
int
0 y 0
E Q W
Q W
int
Un proceso cíclico es uno que se origina
y termina en el mismo estado.
En un proceso cíclico 0, y por tanto
.
La energía transferida al sistema por calor
es igual a menos el trabajo hecho en el
si
E
Q W
stema durante el proceso.
a.El calor y la energía interna
b.El calor específico y la calorimetría
c.El calor latente
d.Trabajo y calor en los procesos termodinámicos
e.La primera ley de la termodinámica
f. Algunas aplicaciones de la primera ley
g.Los mecanismos de la transferencia de energía en los procesos térmicos
int
En un proceso adiabático no hay intercambio
de calor entre el sistema y el medio ambiente.
Como 0, tenemos
La energía interna cambia únicamente por
el trabajo realizado en el sistema.
Q
E W
•Un proceso es adiabático cuando el sistema ni gana ni pierde calor.
•Es un proceso en el cual el sistema no intercambia calor.
int
En una expa
En una expansi
nsión libre
y a
ón libre y adiabática de una
diabática de una gas
la energ
g
ía
as,
0 y 0, as
interna del
í qu
gas
e 0
no cambi .
.
a
Q W E
Un proceso isobárico es aquel
en el que la presión se mantiene
constante.
En el caso de un gas ideal,
el trabajo hecho en tales
procesos es
f iW P V V
Un proceso isobárico es aquel en el
que la presión se mantiene constante.
int
Un proceso isovolumétrico es
aquel en el que el volumen del
sistema no cambia.
El sistema no hace ningún
trabajo, así que
E Q
Un proceso isotérmico es
aquel que ocurre a
temperatura constante.
ln
ln
f f f
f
i
i i i
V V VV
VV V V
f
i
nRTPV nRT P
V
nRT dVW PdV dV nRT nRT V
V V
VW nRT
V
El trabajo hecho en un gas ideal
durante un proceso isotérmico es
ln f
i
VW nRT
V
Un proceso isotérmico es aquel que
ocurre a temperatura constante.
a.El calor y la energía interna
b.El calor específico y la calorimetría
c.El calor latente
d.Trabajo y calor en los procesos termodinámicos
e.La primera ley de la termodinámica
f. Algunas aplicaciones de la primera ley
g.Los mecanismos de la transferencia de energía en los procesos térmicos
La energía puede ser transferida
cuando el sistema hace trabajo,
pero también puede ser transferida
por:
Conducción
Convección
Radiación
La conducción es el intercambio de
energía por intercambio de energía
cinética en las colisiones de los
constituyentes (moléculas, átomos,
electrones, etc.) del sistema y de
sus alrededores.
La conducción es el intercambio de energía por intercambio de energía cinética en las colisiones
de los consitutyentes (moléculas, átomos, electrones, etc.) del sistema y de sus alrededores.
La razón de flujo de la energía por
conducción a través de un rebanada
de área es
donde es la conductividad térmica
del material del cual está hecha la
rebanada y es el gradiente de
tempera
A
dTkAdx
k
dT
dx
P
tura.
En la transferencia de energía por
convección la sustancia caliente se
mueve de un lugar a otro.
4
Todos los cuerpos emiten radiación
en la forma de ondas electromagnéticas,
con una potencia dada por
AeTP
Un cuerpo que está más caliente que sus
alrededores radia más energía que la que
absorbe, mientras que un cuerpo que está
más frío que sus alrededores absorbe más
energía que la que radia.
4
Todos los cuerpos emiten radiación en la forma
de ondas electromagnéticas, con una potencia
dada por .AeTP
