Mono de Fisica

7/23/2019 Mono de Fisica

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FISICA I

INDICE

I. INTRODUCCION........................................................................................ 2

II. MARCO TEORICO......................................................................................3

A. TERMODINAMICA............................................................................... 3

B. TEMPERATURA..................................................................................3

C. CALOR...............................................................................................4

D. PROCESO TERMODINAMICO..............................................................4

E. EQUILIBRIO TERMODINAMICO..........................................................5

F. LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA..................................................5

G. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA...............................................7

H. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA..............................................8

III. CONCLUSIONES....................................................................................9

IV. BIBLIOGRAFIA.......................................................................................9

Trabajo fnal: Monografa Página 1



FISICA I

I. INTRODUCCIONSabemos que la termodinámica se utiliza día a día en nuestras vidas

por eso es necesario conocer la importancia de los procesos

termodinámicos en nuestro entorno y como estos afectan el medio en

que vivimos.

La termodinámica es la parte de la física que trata de los fenómenos

relacionados con la energía térmica y de las leyes (que a continuación

se detallaran) que rigen su transformación en otro tipo de energía. La

variación de energía térmica acumulada en un medio en un proceso de

calentamiento o de enfriamiento se obtiene como el producto de la masa

del medio por su calor específico y por el salto térmico. !ero no toda la

energía térmica almacenada en un medio es utilizable.

"l desarrollo tecnológico #a sido el elemento básico que #a permitido al

#ombre utilizar nuevas fuentes de energía de manera cada vez más

eficiente. !ero este progreso también tiene sus límites.

$odos los procesos de aprovec#amiento energético recurren en un

momento al intercambio de energía térmica. La energía nuclear genera

una energía cinética que se transforma en energía térmica. La energía

eólica es consecuencia de las variaciones térmicas en la atmósfera.

"n este traba%o a#ondaremos mas sobre la ley cero de la

termodinamica también conocida como principio de conservación de laenergía para la termodinámica establece que si se realiza traba%o sobre

un sistema o bien éste intercambia calor con otro la energía interna del

sistema cambiará #asta alcanzar el equilibrio.




FISICA I

II. MARCO TEORICO

A. TERMODINAMICASi buscamos una definicion sencilla de la termodinamica podemos decir

que la termodinamica es la rama de la fisica que estudia la energia la

transformacion entre sus ditintas manifestaciones como el calor y sucapacidad para producir traba%o. "s importante tener en mente que la

termodinamica estudia los sistemas fisicos a nivel macroscopicos.

&omo su nombre lo indica la termodinamica trata del flu%o del calor pero

ademas de la coversion del calor a traba%o mecanico y en general de la

transformacion de una energia a otra. !or conveniencia se agrupan las

formas de la energia en dos clases denominadas calor y traba%o siendo

el calor la forma de energia que se propaga ba%o una caida de

temperatura y ba%o el rubro de traba%o se considera a todas las formas

de energia diferentes del calor es decir la accion de una fuerza por una

distancia la e'pansion de una gas contra una presion opositora la

produccion de energia electrica etc.

&lase de energia y primera ley termodinamica. "nergia cinetica energia que posee un cuerpo en virtud de su

movimiento.*. "nergia potencial energia que posee un cuerpo en virtud de su

posicion en un campo de fuerzas por e%emplo una maa en un

campo gravitacional una particula cargda en un campo electrico.+. "nergia termica energia que posee un cuerpo en virtud de su

temperatura.,. "nergia que posee una sustancia en virtud de su constitucion por

e%emplo un compuessto tieneunas energia quimica un nucleo

tiene energia nuclear.-. n generador produce energia electrica./. n motor produce energia mecanica.

"l proposito de la termodinamica es investigar de forma logica las

relaciones entre las diferentes clases de energia y sus manifestaciones

diversas las leyes de la termodinamica rigen la transformacion de un

tipo de energia en otro.

B. TEMPERATURALa temperatura es la propiedad de los sistemas que determina si se

encuentran o no en equilibrio. La temperatura de un sistema es la

propiedad de la cual depende que un sistema se encuentre en equilibrio

térmico con otros. !or tanto cuando dos o más sistemas están en

equilibrio térmico tienen la misma temperatura.!ara cualquier sistema se puede definir la magnitud de su temperatura.

"n el caso de un fluido se puede demostrar racionalmente que e'iste




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una función de las propiedades termodinámicas (presión y volumen) que

adopta el mismo valor para todos los fluidos que se encuentran en

equilibrio térmico entre sí. Si se tiene n fluidos 0 1 &.... en equilibrio se

tendrá

2onde ϕ 0 ϕ 1 ϕ &.... son las funciones y ! 0 !1 !&... y 3 0 31 3&... son

las presiones y vol4menes de equilibrio.

C. CALOR"l calor es una forma de transferencia de energía debido 4nicamente a

la diferencia de temperatura. La transferencia de calor puede alterar el estado del sistema.

Los cuerpos 5no contienen6 calor7 el calor es energía en transito y se

identifica mientras ésta pasa a través de los límites del sistema. La cantidad de calor necesaria para ir de un estado a otro es

dependiente de la trayectoria. Los procesos adibáticos son aquellos en los que no se transfiere

calor.

La convención de signos utilizada para una cantidad de calor 8 es

opuesta a la que se utiliza para el traba%o. "l calor a9adido a un sistema

se da con un n4mero positivo en tanto que el calor e'traído de un

sistema se da con un n4mero negativo.

n depósito de calor aunque mal empleado el término pues el calor no

se deposita o almacena ya que siempre está en tránsito es un cuerpo

capaz de absorber o desprender cantidades ilimitadas de calor sin

ning4n cambio de temperatura. La atmósfera y los océanos se

apro'iman a lo que son los depósitos de calor por lo general utilizados

como sumideros de calor. n #orno y un reactor nuclear enfuncionamiento continuo son equivalentes a los depósitos de calor.

D. PROCESO TERMODINAMICOn proceso termodinamico es un cambio de estado en el cual se da

informacion adicional sobre el mecanismoo o cómo la presion

temperatura u otra propiedad varia cuando acontece un cambio. !ara

describir un cambio de estado solo es necesario especificae su estado

inicial y estado final. Los procesos mas conocidos son los siguientes

a. :sotermico cuando el cambio ocurre a temperatura constante.b. :sobarico si la presion se mantiene constante.




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c. :socorico o isometrico cuando la restriccion del proceso es que el

parametro 3 ; constante.d. 0diabatico cuando no #ay intercambio de calor entre el sistema y

los sistemas limitantes mientras el cambio ocurre.e. <eversible si esta constituido de una serie de estados de equilibrio.

f. &iclico cuando el sistema retorna a su estado inicial despues derealizar una serie de cambios.

E. EQUILIBRIO TERMODINAMICO"l equilibrio termodinamico comprende a tres equilibrios diferentes que

deben e'istir simultaneamente. !rimero el sistema debe estar en

equilibrio termico tal que la temperatura sea la misma en todo el

sistema7 segundo si en el sistema #ay mas de una sustancia tambien

debe e'istir equilibrio quimico tal que su composicion no varia con el

tiempo y finalmente tenemos al equilibrio mecanico que trata de que nodeben e'istir movimientos macroscopicos desntro del sistema o del

sistema con respecto a sus limitantes.

F. LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA

&on los conceptos dados anteriormente estamos preparados paradescribir la Ley de &ero de la $ermodinámica. &omo las otras leyes de la




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termodinámica que veremos la Ley de &ero se basa en la observación y

en su comprobación e'perimental. La importancia de esta ley para el

concepto de temperatura no se comprendio #asta que otros aspectos de

la termodinamica alcanzaron un estado bastante avanzado de

desarrollo de a#í su peculiar nombre de ley cero. "sta ley fue esbozada

por primera vez por <alp# =. >o?ler.

&onsideremos dos observaciones como punto de partida

. Si dos cuerpos están en contacto térmico por un tiempo los

suficientemente largos ning4n cambio futuro observable toma lugar y se

dice que el equilibrio térmico prevalece.

*. 2os sistemas que están individualmente en equilibrio térmico con un

tercero estos dos están en equilibrio térmico uno con el otro7 los tres

sistemas tienen el mismo valor de la propiedad llamada temperatura.

"stas ideas que relacionan la temperatura y del equilibrio térmico se

e'presan formalmente en la Ley &ero de la $ermodinámicaLey Cero "'iste para cada sistema termodinámico en equilibrio una

propiedad llamada temperatura. La igualdad de la temperatura es una

condición necesaria y suficiente para el equilibrio térmico. "s importante

observar que esta ley es verdadera sin importar cómo medimos la

propiedad temperatura. Si bien las escalas de temperaturas empíricas y

la temperatura termodinámica son discutidas más adelantepresentamos las dos escalas absolutas utilizadas actualmente. La

escala @elvin @ ; *A+.- B C&2onde C& son los grados centígrados y la escala <anDine < ; ,-E B C>2onde C> son los grados >a#ren#eit.

n e%emplo sencillo y cotidiano Si se colocan dos platos fríos en un

#orno estos se calentarán cada vez más #asta alcanzar la misma

temperatura que éste. Los platos ceden y absorben de manera continua.

&uando se ponen dentro del #orno absorben más calor del que ceden

razón por la cual incrementan la temperatura. !ero cuando estos logran

llegar a la misma temperatura del #orno ceden la misma cantidad de

calor que reciben. "n consecuencia los platos no se calientan ni se

enfrían sino que mantienen la temperatura en equilibrio con la del #orno.

&uando se encuentran en esta situación se dice que llegaron al

equilibrio térmico.

"ntonces podemos decir que al tener dos sistemas o más en contacto

térmico el sistema alcanzará el equilibrio térmico si las paredes entreellos es conductora. Si se tienen tres sistemas 0 1 y &7 se encuentran




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en contacto térmico 0 con 1 y 1 con & pero 0 y & no están en contacto

llegará un momento en el que los tres sistemas alcanzarán el equilibrio

térmico.

"sto sucede por que el 0 y 1 alcanzan el equilibrio por otro lado 1 y &

alcanzan también el equilibrio por lo que se puede establecer que 0 y &

también alcanzan el equilibrio térmico. &on estos principios se tiene una

definición operacional de la temperatura que es aplicada para el uso y

fabricación de termometros.

0unque la ley cero puede parecer evidente lo cierto es que no es

necesariamente lógica. :magina un triángulo amoroso en el que Fuan

ama a Lidia y !edro ama a Lidia sin embargo Fuan y !edro no se aman

entre sí.

>inalmente quizás te estés preguntando por qué el inusual término ley

cero. La razón es que aunque precede a la primera ley la necesidad de

establecerla como principio de la termodinámica sólo se admitió después

de que la primera #ubiese tomado su nombre.

G.

PRIMERALEYDELA TERMODINÁMICA"sta ley se e'presa como

"int ; 8 G H

&ambio en la energía interna en el sistema ; &alor agregado (8) G$raba%o efectuado por el sistema (H)

Iotar que el signo menos en el lado derec#o de la ecuación se debe

%ustamente a que H se define como el traba%o efectuado por el sistema.




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!ara entender esta ley es 4til imaginar un gas encerrado en un cilindrouna de cuyas tapas es un émbolo móvil y que mediante un mec#eropodemos agregarle calor. "l cambio en la energía interna del gas estarádado por la diferencia entre el calor agregado y el traba%o que el gas#ace al levantar el émbolo contra la presión atmosférica.

H. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICALa primera ley nos dice que la energía se conserva. Sin embargopodemos imaginar muc#os procesos en que se conserve la energíapero que realmente no ocurren en la naturaleza. Si se acerca un ob%etocaliente a uno frío el calor pasa del caliente al frío y nunca al revés. Sipensamos que puede ser al revés se seguiría conservando la energía yse cumpliría la primera ley.

"n la naturaleza #ay procesos que suceden pero cuyos procesos

inversos no. !ara e'plicar esta falta de reversibilidad se formuló lasegunda ley de la termodinamica que tiene dos enunciadosequivalentes

. Enunc!"o "e #e$%n & P$!nc'( "s imposible construir unamáquina térmica que operando en un ciclo no produzca otroefecto que la absorción de energía desde un depósito y larealización de una cantidad igual de traba%o.

*. Enunc!"o "e C$!u)u)( "s imposible construir una máquinacíclica cuyo 4nico efecto sea la transferencia continua de energíade un ob%eto a otro de mayor temperatura sin la entrada de energía

por traba%o.




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III. CONCLUSIONES Los sistemas que están en equilibrio térmico entre si tienen el

mismo valor de un propiedad llamada temperatura. Los sistemas que no están en equilibrio térmico entre sí tienen

diferentes temperaturas. !odemos demostrar e'perimentalmente la ley cero con los

que#aceres de la vida diaria.

IV. BIBLIOGRAFIA >isicoquimica J Kaston !ons uzzo

&astellan K.H. >isicoquímica 0ddison Hesley Longman.

Faramillo S. M. 0. Iotas del curso termodinámica para ingeniería

I0 &entro de :nvestigación en "nergía é'ico ayo +

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