Termodinámica

  El equivalente mecánico del calor Experimento de Joule para determinar el equivalente mecánico del calor. Los bloques que caen hacen girar la rueda de paletas, lo que a su vez causa el aumento de temperatura del agua. El sistema de interés es el agua en un contenedor térmicamente aislado. Sobre el agua se invierte trabajo mediante una rueda de paletas giratoria, que se impulsa mediante pesados bloques que caen con una rapidez constante. Si la pérdida de energía en los cojinetes y a través de las paredes es despreciable, la pérdida en energía potencial del sistema bloques-Tierra mientras los bloques caen es igual al trabajo invertido por la rueda de paletas sobre el agua. Si los dos bloques caen una distancia h, la pérdida de energía potencial es 2mgh, donde m es la masa de un bloque; esta energía hace que la temperatura del agua aumente debido a la fricción entre las paletas y el agua. Al variar las condiciones del experimento, Joule encontró que la pérdida en energía mecánica es pro

Thompson Benjamín conde Rumford y los cañones Thompson Benjamín nació en Estados Unidos 1753 y murió en Francia en 1814, fue físico y químico británico, inventó y desarrolló diversos inventos como: el termoscopio de aire, un calorímetro de agua y un fotómetro. Fundamento la teoría mecánica del calor y demostró la falsedad del calorífico.  Imagen 1. Thompson Benjamín conde Rumford Rumford fue pionero en proponer que el calor es una forma de energía, ya que antes pensaban que, el calor era una sustancia de tipo material llamada calórico, pero Rumford se persuadió de lo contrario en sus trabajos para el rey de Baviera cuando vio que se producía calor ilimitado al fabricar cañones. En este proceso se fundía un gran cilindro de bronce, que después se perforaba con un enorme torno movido por caballos. La fricción del aparato generaba tanto calor que había que enfriar el cañón con mucha agua, lo cual llevó a Rumford a pensar que el trabajo se convertía en calor. Observó que mientras trabajaba

1. Un auditorio tiene dimensiones de 10mX20mX30m ¿Cuántas moléculas de aire llenan el auditorio a 20ºC y una presión de 101 kPa (1 atm)?   2. Un gas está confinado en un tanque a una presión de 11 atm y a una temperatura de 25ºC. Si la temperatura se eleva a 75ºC. ¿Cuál es la presión del gas restante en el tanque? 3. Un recipiente de 8L contiene agua a  una temperatura de 20ºC y una presión de 9 atm. a) Determine el número de moles de gas en el recipiente, b) ¿Cuántas moléculas hay en el recipiente?. 4. La masa de un globo de aire caliente y su carga (no incluido el aire interior) es de 200 kg. El aire exterior está a 10ºC y 101 kPa. El volumen del globo es de 400 m3. ¿A qué temperatura se debe calentar el aire en el globo antes que éste se eleve?(la densidad del aire a 10ºC es de 1.244kg/m3). 5. Un cocinero pone 9g de agua en una olla de presión de 2L y la calienta a 500ºC ¿Cuál es la presión dentro del recipiente? Extra Dilatación lineal 6. Una esfera de acero tiene un diámetro de 2

Procesos termodinámicos Es una transferencia de trabajo en los gases. Proceso termodinámico cuasiestáticos  Es el trabajo realizado sobre un gas, que lleva al gas de un estado inicial a un estado final es el negativo del área bajo la curva en un diagrama PV, evaluada en dichos estados. El área es negativa, porque el volumen disminuye y el trabajo es positivo. Proceso termodinámico Cíclicos Es aquel que inicia y finaliza en el mismo estado y el cambio de energía debe ser cero, ya que la energía interna es invariable del estado, por tanto la energía Q agregada al sistema debe ser igual al negativo del trabajo W actuado sobre el sistema durante el ciclo.   Proceso termodinámico isotérmicos Es un proceso que ocurre a temperatura constante, esto es debido a que la energía interna de un gas ideal sólo es una función de la temperatura, entonces la temperatura no cambia, por ello la energía interna es cero y la energía por calor es el negativo del trabajo. Proceso termodinámico isobárico Es

Ecuación de estado Es empleada en los gases, debido a que sus fuerzas dentro de los gases son muy débiles y en muchos casos, es posible imaginar dichas fuerzas como inexistentes, aun así hacer muy buenas aproximaciones. Por tanto no hay separación de equilibrio para los átomos ni volumen estándar, a una temperatura determinada, el volumen depende del tamaño del recipiente, por ello no es posible expresar cambios de volumen T en un gas. En los gases se relaciona las cantidades de volumen V , presión P y temperatura T para una muestra de gas m y la ecuación que relaciona estas cantidades se llama “ecuación de Estado”. Variables Termodinámicas Son los parámetros macroscópicos, que generalmente pueden ser medidos y definidos sin recurrir a ningún modelo en particular sobre la estructura de la materia, además tiene un valor fijo en el estado de equilibrio. Existen dos tipos de variables termodinámicas: Variables intensivas Son aquellas en el cual, en un sistema en equilibrio el cual se div

 Material 2 globos agua una vela un encendedor un embudo un cordón Procedimiento Toma uno de los globo e ínflalo hasta un tamaño considerable. Toma el otro globo y este agrégale agua con un embudo hasta que obtengas una altura de agua considerable.  Con un cordón cuelga ambos globos de una altura considerable. Enciende la vela con el encendedor y pásala por abajo del globo que tienen únicamente aire y observa lo que sucede. Enseguida pasa la vela debajo del globo que contiene agua y observa lo que sucede. Globo con aire Globo con agua

Capacidad calorífica La capacidad calorífica o térmica C de una muestra particular se define como la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de dicha muestra en 1°C. A partir de esta definición, se ve que, si la energía Q produce un cambio T en la temperatura de una muestra. Y por tanto la capacidad calorífica se expresa de la siguiente manera. C=QT Calor específico El calor específico c de una sustancia, es la capacidad térmica por unidad de masa, es decir, si a una sustancia de masa m , se le transfiere una energía Q y la temperatura de la sustancia cambia en T , el calor específico de la sustancia es: El calor específico es una medida de qué tan insensible térmicamente es una sustancia a la adición de energía.  Por tanto, mientras mayor sea el calor específico de un material, más energía se debe agregar a una masa determinada del material para causar un cambio particular de temperatura. Como sabemos el calor específico varía con la temperatura, pero si los inte

Temperatura en termodinámica Se puede considerar a la temperatura termodinámica como la propiedad que determina si un objeto está en equilibrio térmico con otros objetos. Dos objetos en equilibrio térmico, uno con otro, están a la misma temperatura. Además es una magnitud escalar que mide la cantidad de energía térmica que tiene un cuerpo. En el caso de los gases su valor es proporcional a la energía cinética media de las moléculas, según la expresión: T=K( E c ) Ley cero de la Termodinámica Establece que, cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico al ponerse en contacto con un tercero, sus variables de estado no cambian, es decir, están en equilibrio térmico entre sí. Bibliografía Fernández, J. L. y Coronado, G. (2013). Ley cero de la Termodinámica. Termodinámica. Recuperado de: https://www.fisicalab.com/tema/termodinamica-fisica#contenidos

Estados de equilibrio Termodinámico Existen diferentes tipos de equilibrios pero son de acuerdo al tipo de interacciones que tengan lugar. Equilibrio mecánico La presión interna es mayor que la externa, por tanto no hay resultante en ningún sentido y no se produce trabajo mecánico. Equilibrio térmico Es cuando dos objetos no intercambian energía, sea por calor o radiación electromagnética, si entra en contacto térmico. Equilibrio químico Es cuando en el sistema no hay cambio de composición. Equilibrio material  Es cuando en el sistema sufre un cambio. Bibliografía Rodríguez, J.A. (2007). Conceptos Fundamentales. Introducción a la Termodinámica. Universidad Tecnológica Nacional. México. pág. (18).

Interacciones Termodinámicas Es un flujo o transferencia en todo sistema no aislado hay paso de masa y/o energía desde o hacia el sistema. Pared termodinámica adiabática Una pared es adiabática si solo permite una interacción de tipo mecánico, además que no transfiere energía por calor entre el sistema y sus alrededores. Pared termodinámica diatérmica  Una pared es diatérmica, debido a que permite la transferencia de energía entre el sistema y sus alrededores. Interacción mecánica Es cuando hay un intercambio de energía en forma de trabajo entre un sistema y su entorno. Interacción térmica  Es cuando hay un intercambio de energía en forma de calor entre el sistema y sus alrededores. Interacción química Es cuando el sistema libera energía capaz de producir trabajo y como consecuencia de la entrega con sus alrededores, este experimenta una transformación que involucra un cambio. Interacción material Es como resultado de interacciones eléctricas. Bibliografía Rodríguez, J.A. (2007). Prime

Sistemas Termodinámicos Es cualquier región del espacio físico que contiene en su interior un gran número de átomos, moléculas, iones, fotones, etc, que se encuentra limitado por una superficie cerrada (contorno) del exterior. La superficie puede ser imaginaria, estar en reposo o en movimiento e incluso puede cambiar de forma y tamaño. Cuando el sistema es la masa a este se le llama masa de control y cuando es el volumen se conoce como volumen de control. Tipos de sistemas  Con relación a la masa existen tres tipos de sistemas los cuales son: sistema aislado, sistema cerrado y sistema abierto.  Aislado Se dice que es un sistema aislado cuando no permite el intercambio de masa y energía con el exterior y no puede recibir ninguna influencia del mismo. Cerrado Se dice que es un sistema cerrado, si a través de la superficie que lo limita no puede haber flujo de masa, es decir, la masa permanece constante, pero si hay un intercambio de energía con el exterior. La superficie que limita este