Transcript termodinamica.

Termodinámica
Física. Grado 11. I.E Entrerríos
Docente: Robinson Usma
La temperatura de la Tierra se ha
incrementado a niveles no vistos en
miles de años, lo cual ha empezado a
afectar a plantas y animales, dijeron
investigadores americanos en
publicaciones recientes.
La temperatura de la Tierra se ha
incrementado a una tasa de 0,2 grados
cada década durante los últimos 30
años, de acuerdo con el equipo de
investigaciones encabezado por James
Hansen, del Instituto Goddard de
Estudios Espaciales de la NASA, con
sede en Nueva York.
La temperatura global terrestre ha
alcanzado su nivel más cálido en períodos
entre glaciaciones, que se inició hace unos
12.000.
Los investigadores señalaron que según
informes recientes de la revista Nature,
1.700 especies de plantas, animales e
insectos han empezado a mover sus
hábitat en dirección a los polos a razón de
6,4 kilómetros por década durante la
primera mitad del siglo XX.
Termodinámica
• La termodinámica es la rama de la Física que se ocupa
del estudio de las relaciones que se establecen entre el
calor y el resto de las formas de energía. Entre otras
cuestiones la termodinámica se ocupa de analizar los
efectos que producen los cambios de magnitudes tales
como: la temperatura, la densidad, la presión, la masa,
el volumen, en los sistemas y a un nivel macroscópico.
• La base sobre la cual se ciernen todos los estudios de la
termodinámica es la circulación de la energía y como
ésta es capaz de infundir movimiento.
Temperatura
• La temperatura es una magnitud
referida a las nociones comunes
de caliente, tibio, frío que puede
ser medida, específicamente, con
un termómetro.
• L a temperatura está relacionada
directamente con la parte de la
energía interna conocida
como "energía cinética", que es la
energía asociada a los movimientos
de las partículas del sistema, sea en
un sentido traslacional, rotacional,
o en forma de vibraciones.
A medida de que sea
mayor la energía cinética
de un sistema, se
observa que éste se
encuentra más
"caliente"; es decir, que
su temperatura es
mayor
Medición de la Temperatura
• Ejercicio. Expresar una
temperatura de 50ºC en:
• Grados Fahrenheit
• Grados Kelvin
9
T (º F )  T (º C )  32
5
T ( K )  T (º C )  273
Calor
• El calor representa la cantidad de energía que un
cuerpo transfiere a otro como consecuencia de
una diferencia de temperatura entre ambos.
• El calor es energía en transito, es decir que los
cuerpos ceden o ganan calor.
• No es correcto afirmar que los cuerpos tengan
calor, de la misma manera que es incorrecto
afirmar que un cuerpo le pasa temperatura a
otro.
Calor
• Cuando se suministra calor a una sustancia y
esta aumenta de temperatura, la cantidad de
calor suministrado es directamente
proporcional al aumento de la temperatura.
• El calor suministrado es directamente
proporcional a la masa de la sustancia.
• El calor suministrado para calentar un cuerpo
depende del material del cuerpo o de la
naturaleza de la sustancia.
Medición del calor.
• Para medir el calor se utiliza una unidad
llamada caloría.
• La caloría se define como la cantidad de calor
que debe absorber un gramo de agua para
que su temperatura aumente en un gradfo
centígrado.
1cal  4.1868 J
Calor especifico.
• El calor especifico Ce de un material es la
cantidad de calor que se le debe suministrar a
un gramo del material para aumentarle su
temperatura en un grado centígrado.
• Tabla con valores de calores específicos para
algunas sustancias.
Calor específico de algunas sustancias
Sustancia
cal
g  C
J
Kg  K
Agua
Aire
Alcohol etilico
Aluminio
Cobre
Hielo
Hierro
Mercurio
1
0,24
0,6
0,22
0,09
0,53
0,12
0,03
4186
1003
2511
920
376
2215
502
126
Ejercicios
• Comparar la cantidad de calor que se le debe
suministrar a 1000 gramos de agua para que
su temperatura pase de 40ºC a 70ºC, con el
calor que se le debe aplicar a la misma
cantidad de hierro para lograr el mismo
cambio de temperatura.
• Realizar ejemplo para el agua de 20ºC hasta 15ºC.
Equilibrio Térmico
Equilibrio Térmico
Equilibrio Térmico
Ejercicio
Para determinar el calor especifico del plomo se tomó una
pieza de 100 gramos de dicho metal a temperatura de 97°C y
se introduce en 200 cm3 de agua a 8°C contenidos en un vaso
de icopor el cual podemos suponer que no absorbe el calor.
Una vez agitada el agua con la pieza de metal en su interior, la
temperatura se estabiliza en 9.4°C.
Determinar el calor especifico del plomo
Conducción de calor
Q kA (T1  T2 )

t
e
A
T1
T2
e


Q
Ejercicio
El vidrio de una ventana de un
edificio mide 2 metros de ancho por
6 metros de largo y tiene un espesor
de 0.5 cms. Si la temperatura de la
superficie exterior del vidrio es 30°C
y la temperatura interior es 20°C.
Determinar cuanto
calor se
transfiere a través del vidrio durante
10 seg.
Los valores de Conductividad de la
tabla están dados en las unidades
cal
cm  s  C
Conducción de calor
Ley Cero
Ley Cero
• La Ley cero de la termodinámica nos dice que si
tenemos dos cuerpos llamados A y B, con
diferente temperatura uno de otro, y los
ponemos en contacto, en un tiempo determinado
t, estos alcanzarán la misma temperatura, es
decir, tendrán ambos la misma temperatura. Si
luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se
pone en contacto con A y B, también alcanzará la
misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C
tendrán la misma temperatura mientras estén en
contacto.
Dilatación Térmica
•Dilatación en sólidos
•Dilatación el líquidos
•Dilatación en gases
Coeficientes de dilatación
lineal
sustancia
•Dilatación Lineal
•Dilatación Superficial
•Dilatación Volumétrica
¿Porque se agrietan las carreteras en
época de calor?
  (C 1 )
Acero
11x10 6
Aluminio
24 x 10
Cobre
17 x 10
Hierro
12 x 10
Vidrio
9 x 10
6
6
6
6
L  L0 T
Ejercicio: Un ingeniero proyecta la construcción de un puente de acero de 20
metros del longitud. Si la diferencia máxima de temperaturas durante el día es
de 20°C, determinar la longitud que debe dejar libre para que el puente se
dilate sin deformarse.
Dilatación en gases
• Cuando aumenta la temperatura de un gas
pueden producirse dos fenómenos:
– Si la presión no varia, el volumen del gas aumenta.
– Si el volumen del gas no varia, la presión del gas
aumenta.
Realizar gráficos de ambas situaciones (cilindros)
Punto de fusión
• El punto de fusión de una sustancia es la
temperatura a la cual se produce el
cambio de la fase sólida a la fase líquida. El
punto de fusión depende de la presión.
• Ejemplo: La temperatura de fusión del
hierro es 1530°C
Punto de ebullición
• El punto de ebullición de una sustancia
es la temperatura a la cual se produce
el cambio de la fase liquida a la fase de
vapor.
• El punto de ebullición de una sustancia
es afectado por la presión atmosférica
• Ejemplo: La temperatura de ebullición
del agua es 100°C
Durante un cambio de fase una sustancia no aumenta su
temperatura.
El calor que se le aplica a una sustancia para que cambie de fase se
llama calor latente.
Diferencia entre calor latente y calor sensible
Q  m  clatente
Teoría cinética de los gases
• Un gas está compuesto por un gran
número de partículas que se mueven
continuamente. A este continuo
movimientos se le llama agitación
térmica.
• La temperatura de un gas esta
directamente relacionada con su
agitación térmica.
• La presión que ejerce un gas sobre las
pareces del recipiente que lo contiene
es producida por los continuos choques
de sus moléculas contra las paredes.
Leyes de los gases
• Ley de Boyle:
Fue descubierta por Robert
Boyle en 1662. La ley de
Boyle establece que la
presión del gas en un
recipiente cerrado es
inversamente proporcional
al volumen del recipiente,
cuando la temperatura es
constante.
El gas ideal es aquel que cumple con las leyes
enunciadas por Boyle, Charles, Gay-Lussac y el
principio de Avogadro
Se puede aumentar la
presión añadiendo
peso al embolo
Al agregar peso, el volumen
es reducido por lo tanto
las moléculas chocan mas en
las paredes del
recipiente causando que
haya mas presión.
El volumen es inversamente proporcional ala presión:
Si la presión aumenta, el volumen disminuye.
Si la presión disminuye, el volumen aumenta.
Ley de Boyle
• A temperatura constante, la presión que se
ejerce sobre determinada masa de gas es
inversamente proporcional al volumen que
ocupa dicha masa.
pv  cte
pv p v
1
1
2
2
Ejemplo Ley de Boyle.
• Un gas ocupa un volumen de 10 litros cuando
se encuentra sometido a una presión de 1
atm. Si la temperatura del gas permanece
constante y se aumenta la presión hasta
ocasionar que el gas ocupe un volumen de 9
litros. Calcular la presión a la cual fue
sometido el gas.
Ejercicio ley de Boyle
• Un deposito que contiene gas propano tiene
un volumen de 500 metros cúbicos a una
presión de 4 atm.
• Determinar cuantos cilindros de 200 litros de
capacidad a presión de 2 atm y a la misma
temperatura se podrían llenar con la masa de
gas contenida en el deposito.
Leyes de los gases
Ley de Charles.
• En 1787, Jack Charles estudio
por primera vez la relación
entre el volumen y la
temperatura de una muestra
de gas a presión constante y
observo que cuando
aumentaba la temperatura el
volumen del gas también
aumentaba y que al enfriar el
volumen disminuía.
Se puede aumentar el
volumen agregando
calor al recipiente
Al aumentar al doble la
temperatura se aprecia
que el volumen también
aumento al doble.
Esto se conoce como la ley de Charles que nos dice:
El volumen es directamente proporcional a la temperatura
del gas:
Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta.
Si la temperatura disminuye, el volumen del gas disminuye
Leyes de los gases
Principio de Avogadro.
• Esta ley,
descubierta por
Avogadro a
principios del siglo
XIX, establece la
relación entre la
cantidad de gas y su
volumen cuando se
mantienen
constantes la
temperatura y la
presión.
Se puede aumentar el
volumen agregando
gas al embolo
Al agregar el gas, hay un mayor
numero de moles en el recipiente,
ocasionando que tenga que
aumentar el volumen que se
encuentra
El volumen es directamente
proporcional a la cantidad de gas:
Si aumentamos la cantidad de gas,
aumentara el volumen.
Si disminuimos la cantidad de gas,
disminuirá el volumen
Leyes de los gases
• Ley de GayLussac.
• Fue enunciada
por Joseph Louis
Gay-Lussac a
principios de
1800. Establece
la relación entre
la temperatura y
la presión de un
gas cuando el
volumen es
constante.
Se puede aumentar la
presión del gas añadiendo
calor al recipiente, siempre
y cuando el volumen
sea constante.
Al añadir calor, la presión del
gas aumenta
ya que las moléculas de este
chocan a una
mayor velocidad en el mismo
volumen que se
encontraban anteriormente.
La presión del gas es directamente proporcional
a su temperatura:
Si aumentamos la temperatura, aumentara la
presión.
Si disminuimos la temperatura, disminuirá la
presión
Ley de Gay Lussac
• A presión constante, el volumen que ocupa
determinada masa de gas es directamente
proporcional a la temperatura medida en
Kelvin.
p
 cte
t
p1 p2

T1 T2
Ley General de los Gases y Gases Ideales
• LEY GENERAL DE LOS GASES
La ley general de los gases o ley combinada
dice que una masa de un gas ocupa un
volumen que está determinado por la presión
y la temperatura de dicho gas.
Propiedades de los gases
• Son fáciles de comprimir.
• Se expanden hasta llenar el contenedor.
• Ocupan mas espacio que los líquidos o sólidos
que los conforman.
Ley de los gases ideales
pv
 cte
T
p1v1 p2 v2

T1
T2
p1v1T2  p2 v2T1
Ecuación de estado de los gases
ideales.
Donde:
P= Presión
V= Volumen
n= Moles de Gas.
R= Constante universal de los gases ideales .
T= Temperatura absoluta.
Constante universal de los gases
Ejemplo gases ideales.
• Una cantidad de gas que ocupa un volumen
de 190 litros en las condiciones ambientales
de presión y temperatura de Bogotá (15°C y
0,74 atmosferas). Determinar:
• El volumen que ocupa esa misma cantidad de
gas a 1 atmosfera de presión y 35°C.
• El numero de moles y el numero de
moléculas.
CONSULTAR
•TRABAJO DE LOS GASES
•PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
•SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA
•ENTROPIA
ESTAR ATENTOS A SITIOS QUE SE VAN A RECOMENDAR
PARA PROFUNDIZAR LOS CONETNIDOS.
sitio de referencia para consulta
http://blogdefisica5d8.blogspot.com/2010/10/l
ey-general-de-los-gases-y-gases.html
Analiza esta gráfica