Proyecto final Física by KARLA MICAELA JACOME ALBAN

CONCEPTOS y COMPONENTES DE LA TERMODINÁMICA

emiliantonela2003 — 2020-10-08 01:39:24 UTC

Se basa en los conceptos de sistema y entorno. Existen tres tipos de sistemas: el sistema cerrado, el sistema abierto, y el sistema aislado. Depende de qué tipo de interacción existe entre los sistemas y su entorno para que estos sean parte de uno de los tres tipos.
Sistema abierto- cuando existe un intercambio de de materia y de energía entre el sistema y el entorno.
Sistema cerrado- cuando no existe intercambio de materia, pero sí de energía.
Sistema aislado- cuando no existe intercambio de materia ni de energía.

karlajacome — 2020-10-08 01:42:06 UTC

Es la rama de la física que describe los estados de equilibrio a nivel microscópico. También, estudia las transformaciones de la energía, y cómo esta energía puede convertirse en trabajo (movimiento).
- Estudia la relación entre el calor y el trabajo.
- Estudia las transformaciones de energía.

Conceptos Principales

karlajacome — 2020-10-08 01:55:27 UTC

Primer principio de la termodinámica
- Un sistema termodinámico puede intercambiar energía con su entorno en forma de trabajo y de calor, y acumula energía en forma de energía interna.

Componentes de un Sistema Termodinámica

karlajacome — 2020-10-08 01:58:45 UTC

1. Sistema
- Es la parte del universo la cual se va a estudiar.
2. Entorno / Ambiente
- Todo lo que esta al rededor del sistema.
3. Frontera / Paredes del Sistema
- A través de ellas se comunica el sistema con el entorno.
Existen diferentes tipos:

Fijas: Mantienen el volumen constante
Móviles: El volumen es variable y depende de la presión en el lado del sistema y de la del entorno
Conductoras o diamantinas: Al conducir calor permiten que la temperatura a ambos lados de la misma sea igual
Adiabáticas: No conducen calor. Son los aislantes térmicos

DE LA TERMODINÁMICA

emiliantonela2003 — 2020-10-08 01:58:55 UTC

1. Q=mcΔT
Describe la fórmula con la que se obtiene la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una masa m de cierto material.
2. F=(1.8)C+32
Describe la forma de conversión de grados Celsius a grados Fahrenheit.
3. C=(F-32)/1.8
Describe la forma de conversión de grados Fahrenheit a grados Celsius.
4. K=C+273.15
Describe la forma de conversión de grados Celsius a Kelvin.
5. K= (F+459.67)/1.8
Describe la forma de conversión de grados Fahrenheit a Kelvin.
6. F= 9/5K-459.67
Describe la forma de conversión de Kelvin a grados Fahrenheit.
7. Lf= Q/m
Es la fórmula de Calor Latente de Fusión, el cual es la cantidad de calor que requiere cierta sustancia por unidad de masa, para fundirse a temperatura de fusión.
8. Q= Lf*m
Muestra el calor absorbido por un cuerpo de masa m para fundirse.
9. Lv= Q/m
Es la fórmula de Calor Latente de Vaporización, el cual es la cantidad de calor que requiere cierta sustancia por unidad de masa, para evaporarse a temperatura de ebullición.
10. Q=Lv*m
Muestra el calor absorbido por un cuerpo de masa m para evaporarse.
11. VP= nRT
Esta es la ecuación para los gases ideales. Los gases ideales son aquellos que se encuentran en condiciones de Temperatura y Presión Estándar. Es importante recordar que R es una constante.
12. Ktr= 3/2nRT
Se usa para hallar la Energía Cinética de traslación media de n moles de gas ideal.
13. 1/2m(v^2)med=3/2 KT
Se usa para hallar la Energía Cinética de traslación media de una molécula de gas.
14. Vrms= sqrt((v^2)med)= sqrt(3KT/m)= sqrt(3RT/m)
Explica la rapidez eficaz de una molécula de gas. Se obtiene en base a las dos ecuaciones anteriores.
15. Ecmed= 3/2 KT
Demuestra la Energía Cinética de traslación media de una molécula.

Tipos de Sistemas

karlajacome — 2020-10-08 02:18:04 UTC

1. Abierto
- Intercambia masa y energía (trabajo o calor).
2. Cerrado
- Solo intercambia energía.
3. Aislado
- No intercambia nada.
4. Adiabático
- No intercambia ni materia ni calor, pero si energía en forma de trabajo

¿QUÉ ES LA TERMODINÁMICA?

emiliantonela2003 — 2020-10-08 02:21:13 UTC

La Termodinámica es la parte de la física que estudia la acción mecánica del calor y las restantes formas de energía.
Sus características son:

Se aplica al estudio de sistemas que contienen muchas partículas y no al estudio de moléculas, átomos o partículas subatómicas
Estudia el sistema en situaciones de equilibrio, que son aquellas a las que sistema tiende a evolucionar y caracterizadas porque en ellas todas las propiedades del sistema quedan determinadas por factores intrínsecos y no por influencias externas previamente aplicadas
Sus postulados son indemostrables, están basados en las experiencias y no en razonamientos teóricos

Termodinámica: Conceptos principales

brendahidalgo17 — 2020-10-08 02:28:12 UTC

Es la rama de la física que estudia los efectos de los cambios de temperatura, presión y volumen de un sistema físico (un material, un líquido, un conjunto de cuerpos, etc.), a un nivel macroscópico.

Los tres tipos de sistemas en la termodinámica:

Sistema abierto: Es aquél que intercambia energía y materia con los alrededores.

Sistema cerrado: Es aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores (su masa permanece constante).

Sistema aislado: Es aquél que no intercambia ni materia ni energía con los alrededores.

karlajacome — 2020-10-08 02:28:16 UTC

-Cambio de unidades
1. De Centigrados a Farenheit F=(1.8)c+32
F= Farenheit
C= Centigrados
2. De Farenheit a Centigrados
C=(F-32)/1.8
F= Farenheit
C= Centigrados
3. De Centigrados a Kelivin
K=C+273.15
K= Kelvin
C= Centigrados
4. De Farenheit a Kelvin
K= (F+459.67)/1.8
K= Kelvin
F= Farenheit
5. De Kelvin a Farenheit
F= (9/5k)-459.67
K= Kelvin
F= Farenheit
6. Calor latente de Fusión
Lf= Q/m Q= Lf*m Lv= Q/m
LF= calor latente de fusión en KJ/kg.K (SI) o cal/g.K
Q= calor suministrado en Julios (o calorías).
m= masa de la sustancia en kilogramos (o gramos).
7. Q=Lv*m
Lv= Calor de vaporización
8. Ley de los gases ideales
v= (nRT)/P
V= Volumen (atm)
n= número de moles (g)
R= 0.082 ((atm*l)/(mol*k)) = 8.31 J/(mol*k)
T= Temperatura (K)
P= Presión (atm)
9. Energía Interna
U= 3/2nRT

U = Energía interna del sistema.

n = Número de moles

R = 0.082 ((atm*l)/(mol*k)) = 8.31 J/(mol*k)

T= Temperatura del sistema (K)

10. Capacidad de calor específica
Q=mcΔT
Q = representa el calor cedido o absorbido.
m= la masa del cuerpo.
c= capacidad calorífica
ΔT= Diferencia de temperatura (T2-T1)

Ecuaciones:

brendahidalgo17 — 2020-10-08 02:46:34 UTC

Temperatura
Temperatura: Interpretación microscópica

T=k⋅

Conversión temperatura centígrados - Fahrenheit

tC5=tF−329

Conversión temperatura centígrados - Kelvin

T=tC+273.15

Conversión temperatura Fahrenheit - Kelvin

T−273.155=tF−329

Dilatación Térmica
Dilatación lineal en sólidos

l=l0⋅(1+λ⋅ΔT)

Dilatación superficial en sólidos

S=S0⋅(1+σ⋅ΔT)

Dilatación volumétrica en sólidos

V=V0⋅(1+γ⋅ΔT)

Relación entre el coeficiente superficial y el lineal en un sólido

σ=2⋅λ

Relación entre el coeficiente volumétrico y el lineal en un sólido

γ=3⋅λ

Dilatación volumétrica en líquidos

V=V0⋅(1+α⋅ΔT)

Dilatación volumétrica en gases

V=V0⋅(1+αp⋅ΔT)

Calor
Capacidad calorífica

C=QΔT

Calor específico

c=Cm

Ecuación fundamental de la termología

Q=m⋅c⋅ΔT
Q=m\cdot L
Q=m⋅L

Ecuación de equilibrio térmico

mA⋅cA⋅(T−TA)=mB⋅cB⋅(TB−T)

¿Qué es la Termodinámica?

Ecuación de estado de los gases

p⋅V=n⋅R⋅T

Primera Ley de la Termodinámica

Variación de energía interna en gas ideal

ΔU=m⋅cv⋅ΔT

Primera ley de la termodinámica -Criterio de signos IUPAC

ΔU=Q+W

Primera ley de la termodinámica -Criterio de signos tradicional

ΔU=Q−W

Trabajo p - v a presión constante -Criterio de signos IUPAC

Wsistema=−p⋅ΔV

Trabajo p - v a presión constante -Criterio de signos tradicional

Wsistema=p⋅ΔV

Segunda Ley de la Termodinámica:

Eficiencia o rendimiento de una máquina térmica
η=W/Q1=(Q1−Q2)/Q1=1−(Q2/Q1)

brendahidalgo17 — 2020-10-08 03:04:01 UTC

RECORDATORIO DE LOS SIGNOS RESULATANTES DE LA INTERACCIÓN ENTRE UN SISTEMA Y SU ENTORNO.

emiliantonela2003 — 2020-10-08 03:07:22 UTC

CAMBIOS DE FASE DE LA MATERIA

emiliantonela2003 — 2020-10-14 00:15:08 UTC

Un cambio de fase sucede gracias a un cambio en la temperatura del sistema. Esto produce que las fases se conviertan en otras. Existen cuatro estados de la materia: el líquido, el sólido, el gaseoso, y el plasma.

Cuando un sólido pasa a líquido, el proceso se llama FUSIÓN.
Cuando un líquido pasa a estado gaseoso, este lo hace a través de la VAPORIZACIÓN .
Cuando un gas pasa a estado de plasma, lo hace por IONIZACIÓN.
Cuando un plasma pasa a gas, en cambio, es por IONIZACIÓN INVERSA.
Cuando un gas se convierte en líquido o sólido, lo hace por la CONDENSACIÓN o la SUBLIMACIÓN INVERSA, respectivamente.
Cuando un líquido se convierte en sólido, lo hace mediante la SOLIDIFICACIÓN.
Finalmente, cuando un sólido se convierte en gaseoso, el proceso se llama SUBLIMACIÓN.

Cambios de Fase

karlajacome — 2020-10-14 05:49:47 UTC

- Estan divididos principalmente en:
1. Progresivos

-Vaporización
- Pasa de estado líquido a estado gaseoso. Por lo cual la temperatura total del líquido se iguala al punto de ebullición.
-Fusión
- Pasa de estado sólido a líquido, por medio de calor en el cual existe un punto en el cual la temperatura permanece constante.
- Sublimación progresiva
- Paso directo del estado sólido a estado gaseoso.

2. Regresivos

- Condensación
- Pasa de estado gaseoso a estado líquido.
- Solidificación
- Pasa del estado líquido a sólido, por medio del enfriamiento.
- Sublimación regresiva
- Paso directo del estado gaseoso al estado sólido.

Resolver un problema de Termodinámica

karlajacome — 2020-10-14 06:00:09 UTC

1. Calcular la cantidad de calor que se requiere para cambiar 100 gramos de hielo a – 15°C en agua a 0°C

Datos
- m = 100 gr
- ΔT = 0 - 15 = - 15 ºC
- c = . 0.50 cal/g°C
Fórmula
- Q = m * c * ΔT
Remplazamos los datos previamente dados en la formula, ya que necesitamos calcular la cantidad de calor necesaria para que este eleve su temperatura a -15 ºC.

Q1 = (100 g ) (0.50 cal/g°C) (15° C ) = 750 calorías.

Sin embargo, para que este se funda, y se tenga el agua a 0ºC, se utiliza la siguiente fórmula, utilizando los valores de la tabla de " Calor latente de fusión a una atmósfera de presión ".

Q = ( m ) ( Lf )

Se remplaza con los datos previamente especificados en el problema.

Q = (100 gr ) (80 cal / gr )
= 8000 calorías

Así, finalmente podremos encontrar el calor total requerido, sumando ambos resultados.

QT =Q1+Q2 = 750 cal + 8000 cal

= 8750 cal

Respuesta:
El calor total necesario para cambiar 100 gramos de hielo a -15°C en agua a 0°C, es igual a 8750 cal.

Cambio de Fase:

brendahidalgo17 — 2020-10-15 03:24:57 UTC

Son los procesos en los que un estado de la materia cambia a otro manteniendo una semejanza en su composición. A continuación se describen los diferentes cambios de estado o transformaciones de fase de la materia:

Fusión: Es el paso de un sólido al estado líquido por medio del calor; durante este proceso endotérmico (proceso que absorbe energía para llevarse a cabo este cambio) hay un punto en que la temperatura permanece constante. El “punto de fusión” es la temperatura a la cual el sólido se funde, por lo que su valor es particular para cada sustancia. Dichas moléculas se moverán en una forma independiente, transformándose en un líquido. Un ejemplo podría ser un hielo derritiéndose, pues pasa de estado sólido al líquido.

Solidificación: Es el paso de un líquido a sólido por medio del enfriamiento; el proceso es exotérmico. El “punto de solidificación” o de congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio, y coincide con el punto de fusión si se realiza de forma lenta (reversible); su valor es también específico.

Vaporización y ebullición: Son los procesos físicos en los que un líquido pasa a estado gaseoso. Si se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión continuar calentándose el líquido, éste absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura: el calor se emplea en la conversión del agua en estado líquido en agua en estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible aumentar la temperatura del gas.

Condensación: Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se pasa de forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa. Si se produce un paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación.
Sublimación: Es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Al proceso inverso se le denomina Sublimación inversa; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.

Des-ionización: Es el cambio de un plasma a gas.
Ionización: Es el cambio de un gas a un plasma.
Es importante hacer notar que en todas las transformaciones de fase de las sustancias, éstas no se transforman en otras sustancias, solo cambia su estado físico.
Las diferentes transformaciones de fase de la materia en este caso las del agua son necesarias y provechosas para la vida y el sustento del hombre cuando se desarrollan normalmente.

Los cambios de estado están divididos generalmente en dos tipos: progresivos y regresivos.

Cambios progresivos: Vaporización, fusión y sublimación progresiva.
Cambios regresivos: Condensación, solidificación y sublimación regresiva.

RESOLUCIÓN DE UN PROBLEMA DE TERMODINÁMICA

emiliantonela2003 — 2020-10-15 03:25:09 UTC

El gas helio He se licua a la temperatura de 4.15 K cuando la presión es de 23 atm. Calcula su temperatura de licuefacción en la escala centígrada y Fahrenheit.
Solución

Datos

Temperatura de licuefacción del helio en escala Kelvin: T = 4.15 K

Resolución

Para pasar de Kelvin a Celsius simplemente sumamos 273.15. Es una conversión sencilla ya que el tamaño de los grados es igual en ambas escalas:

T=tC+273.15⇒tC=T−273.15=4.15−273.15=−269 ºC

Se trata de una temperatura próxima al cero absoluto (o 0 K).

Para transformar los Kelvin a Fahrenheit podemos utilizar la ecuación que relaciona grados centígrados y grados Fahrenheit:

tC5=tF−329⇒5⋅(tF−32)=tC⋅9⇒⇒tF=95⋅tC+32=95⋅(−269)+32=−452.2 ºF

APLICACIONES DE LA TERMODINÁMICA

emiliantonela2003 — 2020-10-20 01:10:23 UTC

Se aplica principalmente en las Ingenierías y la Ciencia Exacta.

Campo de aplicación- Ingeniera Industrial y Mecánica

Ejemplo- las unidades de refrigeración que son utilizadas dentro de la termodinámica aplicada a la industria. En la misma, se emplea un sistema de refrigeración con propano que generalmente son usados para ambientar el sistema de líquidos.

Problema:

brendahidalgo17 — 2020-10-22 03:09:31 UTC

Si observamos un incremento de temperatura en un termómetro de 24 ºF, ¿a cuántos grados kelvin corresponde dicho incremento? ¿A cuántos centígrados?

Datos

∆t_F = 24 ºF

Consideraciones previas

Los grados de las escalas Fahrenheit y Kelvin tienen un tamaño distinto
Los grados de las escalas Kelvin y Celsius tienen igual tamaño

Resolución

Para convertir una temperatura concreta entre grados Fahrenheit y Kelvin usamos la expresión:

T−273.155=tF−329

La expresión anterior es válida para convertir temperaturas concretas entre escalas pero no para intervalos. Sabiendo que ΔtF=tF2−tF1 , nos queda:

ΔtF=tF2−tF1=9⋅T2−273.155+32−9⋅T1−273.155−32=95(T2−T1)⇒⇒ΔtF=95(ΔT)

Aplicando la expresión anterior, nos queda:

ΔT=59(ΔtF)=5924=13.3 K

Por otro lado, el tamaño de los grados kelvin y los grados centígrados es el mismo, por lo que, al tratarse de una variación, podemos escribir:

ΔtC=59(ΔtF)=5924=13.3 ºC

Aplicaciones de Termodinámica

brendahidalgo17 — 2020-10-22 03:13:34 UTC

Se puede ver al entrar en una piscina, el agua (generalmente a menor temperatura) alcanza un equilibrio térmico con nuestro cuerpo al poco tiempo de entrar en contacto.
También al poner dos platos en el horno, se calientan solo hasta alcanzar la misma temperatura de este, y luego de alcanzar el equilibrio térmico, libera la misma cantidad de calor que reciben. Es decir, su temperatura aumenta más que la del horno.

karlajacome — 2020-11-12 02:31:02 UTC

La termodinámica se encarga de los intercambios energéticos entre sistemas.
Ejemplo

La Turbina
- Las turbinas se emplean masivamente en la ingeniería industrial y eléctrica como parte de los ciclos termodinámicos de transformación de calor en movimiento.