Fsica para Ciencias Termodinmica Dictado por Profesor Aldo

Física para Ciencias: Termodinámica Dictado por: Profesor Aldo Valcarce 1 er semestre 2014 FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

La Termodinámica Trata de: § Calor (energía térmica) § Temperatura § Dilatación § Comportamiento de gases (tratamiento macroscópico) § Variables de estado – presión, temperatura y densidad. § El gas ideal FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Temperatura La temperatura está asociada con una forma de energía, la Energía Térmica (o calor). Si dos objetos con temperaturas diferentes se ponen en contacto (contacto térmico), se intercambia energía térmica entre ellos. Llegarán a un equilibrio (equilibrio térmico) cuando dejen de tener un intercambio de energía entre ellos – cuando estén a la misma temperatura. Dos objetos en equilibrio térmico están a la misma temperatura. La energía térmica está relacionada a la energía cinética que tienen los átomos o moléculas de la materia. FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Ley cero de la termodinámica Si los objetos A y B se encuentran por separado en equilibrio térmico con un objeto C, entonces los objetos A y B están en equilibrio térmico entre si. A C B FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Termómetros Basados en alguna propiedad física de un sistema que cambia con la temperatura: § Volumen de un líquido § Longitud de un sólido § Presión de un gas a volumen constante § Volumen de un gas a presión constante § Resistencia eléctrica de un conductor § Color de un objeto FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Escalas de Temperatura FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Temperatura Absoluta: Kelvin Gas 1 Gas 2 Gas 3 Presión vs Temperatura FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Escalas de Temperatura § FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Expansión Térmica de Sólidos y Líquidos Se encuentra experimentalmente que (en general) al aumentar la temperatura de un cuerpo, el cuerpo se expande (en todas direcciones). ¿Por qué? FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Expansión Térmica de Sólidos y Líquidos § FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Expansión Térmica de Sólidos y Líquidos Se puede visualizar la expansión térmica como una ampliación fotográfica: El agujero se agranda en una sola pieza. FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Expansión Térmica de Sólidos y Líquidos § Coeficiente de expansión lineal FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Expansión Térmica de Sólidos y Líquidos § Coeficiente de expansión de área FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Ejercicio § FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Calor El calor (o la energía térmica) se define como la energía que se transfiere entre un sistema y su entorno debido a una diferencia de temperatura. A nivel microscópico, el calor está relacionado a la energía cinética que tienen los átomos o moléculas de la materia. Para elevar la temperatura de una sustancia hay que aumentar la energía térmica del mismo, entonces hay que suministrar energía. La cantidad de energía necesaria va a depender de la sustancia. Modelo de la configuración atómica en una sustancia. Los átomos (esferas) se suponen unidos entre sí por resortes que reflejan la naturaleza Por ejemplo, se necesitan 4186 J para aumentar la temperatura de elástica de las fuerzas interatómicas. 1 kg de agua 1 o. C, pero sólo 3875 J para hacer lo mismo con 1 kg de Al aumentar la temperatura, aumentan las cobre. vibraciones de los átomos. FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

§ FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Calorimetría § FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Ejercicio Calorimetría § FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Caloría Cantidad de calor necesaria para que 1 g de agua suba su temperatura en 1 ºC (específicamente de 15. 5 ºC a 16. 5 ºC) Similarmente… 1 Btu: cantidad de calor necesaria para que una libra de agua suba su temperatura en 1 ºF (específicamente de 63 ºF a 64 ºF) FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Equivalente Mecánico del Calor Experimento de Joule (1843) FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

El calor latente y cambios de fase § FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Cambio de Fase § Sólido → Líquido § Líquido → Gas § Gas → Líquido § Líquido → Sólido § Sólido → Gas : Fusión : Ebullición : Condensación : Solidificación : Sublimación Los cambios de fase ocurren a Temperatura Constante. Ej: mientras un cubo de hielo se va derritiendo, el conjunto agua+hielo no cambia su temperatura. FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Calor Latente + : Absorbe calor - : Cede calor FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Ejercicio § T (o. C) Vapor 100 Hielo 0 -30 Hielo + agua 62. 7 Agua 396. 7 Agua + vapor 815. 7 3076 Calor (J) FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Ejercicio: Calorimetría § FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014

Resumen § Temperatura y Escalas § Celsius § Fahrenheit § Kelvin § Expansión Térmica § Linear § Área § Volumen § Calorimetría § Calor Especifico § Cambio de Temperatura § Cambio de Fase FIS 109 C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014