jueves, 29 de abril de 2010
ECUACION DE ESTADO Y GAS IDEAL
El estado de una cierta masa m de sustancia está determinado por su presión p, su volumen V y su temperatura T. En general, estas cantidades no pueden variar todas ellas independientemente.Ecuación de estado:V = f(p,T,m)El término estado utilizado aquí implica un estado de equilibrio, lo que significa que la temperatura y la presión son iguales en todos los puntos. Por consiguiente, si se comunica calor a algún punto de un sistema en equilibrio, hay que esperar hasta que el proceso de transferencia del calor dentro del sistema haya producido una nueva temperatura uniforme, para que el sistema se encuentre de nuevo en un estado de equilibrio.
LEY DE LOS GASES IDEALES
La teoría atómica de la materia define los estados, o fases, de acuerdo al orden que implican. Las moléculas tienen una cierta libertad de movimientos en el espacio. Estos grados de libertad microscópicos están asociados con el concepto de orden macroscópico. Las moléculas de un sólido están colocadas en una red, y su libertad está restringida a pequeñas vibraciones en torno a los puntos de esa red. En cambio, un gas no tiene un orden espacial macroscópico. Sus moléculas se mueven aleatoriamente, y sólo están limitadas por las paredes del recipiente que lo contiene.Se han desarrollado leyes empíricas que relacionan las variables macroscópicas. En los gases ideales, estas variables incluyen la presión (p), el volumen (V) y la temperatura (T). A bajas presiones,las ecuaciones de estado de los gases son sencillas: La ley de Boyle-Mariotte afirma que el volumen de un gas a temperatura constante es inversamente proporcional a la presión.p1.V1 = p2.V2La ley de Charles y Gay Lussac afirma que el volumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta.V1/T1 = V2/T2Otra ley afirma que a volumen constante la presión es directamente proporcional a la temperatura absoluta.p1/T1 = p2/T2Resumiendo:p1.V1/T1 = p2.V2/T2 = constanteDefiniendo las condiciones normales de presión y temperatura (CNPT) como, 1 atmósfera y 273 °K, para el volumen que ocupa un mol de cualquier gas (22,4 dm ³), esta constante se transforma en:constante = 1 atmósfera.22,4 dm ³/273 °K.mol = 0,08205 atmósferas.dm ³/°K.molY se define R como la constante de los gases ideales:R = 0,08205 atmósfera.dm ³/°K.mol
La combinación de estas leyes proporciona la ley de los gases ideales, también llamada ecuación de estado del gas ideal:p.V = n.R.T donde n es el número de moles.Teoría cinética de los gases Con la llegada de la teoría atómica de la materia, las leyes empíricas antes mencionadas obtuvieron una base microscópica.
El volumen de un gas refleja simplemente la distribución de posiciones de las moléculas que lo componen. Más exactamente, la variable macroscópica V representa el espacio disponible para el movimiento de una molécula.
La presión de un gas, que puede medirse con manómetros situados en las paredes del recipiente, registra el cambio medio de momento lineal que experimentan las moléculas al chocar contra las paredes y rebotar en ellas.
La temperatura del gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas, por lo que depende del cuadrado de su velocidad.La reducción de las variables macroscópicas a variables físicas como la posición, velocidad, momento lineal o energía cinética de las moléculas, que pueden relacionarse a través de las leyes de la física de Newton, debería de proporcionar todas las leyes empíricas de los gases. En general, esto resulta ser cierto.
La teoría física que relaciona las propiedades de los gases con la mecánica clásica se denomina teoría cinética de los gases. Además de proporcionar una base para la ecuación de estado del gas ideal, la teoría cinética también puede emplearse para predecir muchas otras propiedades de los gases, entre ellas la distribución estadística de las velocidades moleculares y las propiedades de transporte como la conductividad térmica, el coeficiente de difusion o la viscosidad.
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ENTROPIA Y FENOMENOS TERMICOS
La entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos. En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural.
FENÓMENOS TÉRMICOS
Los fenómenos térmicos son aquellos que están relacionados con la emisión y la absorción del calor. Estos fenómenos pueden ser encontrados en cada actividad que el hombre realiza diariamente: el calentamiento de la atmósfera por la radiación solar, la climatización de los locales por medio del aire acondicionado, la cocción de los alimentos y su refrigeración.Una característica general de los fenómenos térmicos es que existen cuerpos que ceden energía en forma de calor, y otros que son capaces de absorber dicha energía.
Con el objetivo de caracterizar cuantitativamente la emisión o la absorción del calor, se ha establecido el concepto cantidad de calor.La cantidad de calor (Q) se define como la energía cedida o absorbida por un cuerpo de masa (m), cuando su temperatura varía en un número determinado de grados. La cantidad de calor (Q) está relacionada directamente con la naturaleza de la sustancia que compone el cuerpo. La dependencia de la cantidad de calor con la naturaleza de la sustancia se caracteriza por una magnitud denominada calor específico de la sustancia.
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MAQUINAS TERMICAS
PRIMERA Y SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA
También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna.
La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:
Eentra − Esale = ΔEsistema
Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:U = Q + W
SEGUNDA LEY
Esta ley arrebata la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio.
Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.
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LEY CERO DE LA TERMODINAMICA
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FORMAS DE TRANSFERIR CALOR
PROPIEDADES TERMICAS
La temperatura es la medida de la cantidad de energía de un objeto. Ya que la temperatura es una medida relativa, las escalas que se basan en puntos de referencia deben ser usadas para medir la temperatura con precisión. Hay tres escalas comúnmente usadas actualmente para medir la temperatura: la escala Fahrenheit (°F), la escala Celsius (°C), y la escala Kelvin (K).
Energía Interna: Se denomina energía interna del sistema a la suma de las energías de todas sus partículas. En un gas ideal las moléculas solamente tienen energía cinética, los choques entre las moléculas se suponen perfectamente elásticos, la energía interna solamente depende de la temperatura.
Equilibrio Térmico: Se puede decir que dos cuerpos están en equilibrio térmico , cuando sus partículas no intercambian una cantidad neta de energía, siendo por consiguiente, iguales sus temperaturas. En este concepto se apoya la termodinámica para medir la temperatura de los cuerpos.
Calor: es el nombre dado a una transferencia de energía de tipo especial en el que intervienen gran número de partículas. Se denomina calor a la energía intercambiada entre un sistema y el medio que le rodea debido a los choques entre las moléculas del sistema y el exterior al mismo y siempre que no pueda expresarse macroscópicamente como producto de fuerza por desplazamiento.Se debe distinguir también entre los conceptos de calor y energía interna de una sustancia. El flujo de calor es una transferencia de energía que se lleva a cabo como consecuencia de las diferencias de temperatura. La energía interna es la energía que tiene una sustancia debido a su temperatura, que es esencialmente a escala microscópica la energía cinética de sus moléculas.El calor se considera positivo cuando fluye hacia el sistema, cuando incrementa su energía interna. El calor se considera negativo cuando fluye desde el sistema, por lo que disminuye su energía interna.Cuando una sustancia incrementa su temperatura de TA a TB, el calor absorbido se obtiene multiplicando la masa (o el número de moles n) por el calor específico c y por la diferencia de temperatura TB-TA.Q=nc(TB-TA)
Calor latente:El Calor de cambio de estado, es la energía requerida por una sustancia para cambiar de estado, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de valorización). Al cambiar de gaseoso a líquido y de líquido a sólido se libera la misma cantidad de energía.
Calor específico:El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor específico depende de dicha temperatura inicial. Se la representa con la letra (minúscula).
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TRANSFORMACIONES Y TRANSFERENCIA DE ENERGIA
siguiente: las partículas del cuerpo más caliente, que se mueven más rápidamente por tener más energía, chocan con las partículas del segundo que se encuentran en la zona de contacto, aumentando su movimiento y, por tanto su energía.
FENOMENOS TERMODINAMICOS
CONSERVACION DE LA ENERGIA
De este modo, la energía cinética se transforma en potencial, y a la inversa, pero la suma de ambas siempre se conserva (cuando el sistema está aislado y no se aplican fuerzas disipativas).
El trabajo se define como energía en transito, es decir, cuando existe transferencia de energía , existe trabajo.
Los procesos disipativos son los que transforman energía mecánica en energía térmica; por ejemplo el rozamiento entre superficies sólidas, la fricción viscosa en el interior de un fluido, la resistencia eléctrica, etc.
ENERGIA, MECANICA Y TRABAJO
siendo m la masa del cuerpo y g la aceleración de la gravedad.Si se deja caer el cuerpo, adquiere velocidad y, con ello, energía cinética, al tiempo que va perdiendo altura y su energía potencial gravitatoria disminuye.
MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME
TERCERA LEY DE NEWTON
Expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad y dirección, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y opuestas en dirección.
De acuerdo con el principio de conservación del ímpetu: la cantidad de ímpetu inicial se debe transferir íntegramente al sistema y perecer igual sin importar la cantidad de veces que se transfirió o se distribuyo.
SEGUNDA LEY DE NEWTON
F=ma
donde F es la fuerza neta (suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo), m la masa y a representa la aceleración.
En esta ley de Newton se da el cambio del ímpetu, es decir, la variación de la cantidad de movimiento y es, la fuerza exterior neta que actúa sobre un cuerpo:
F = m · a
F = m · dv/dt
Si p = m · dv
F = dp/dt
Es decir, la fuerza exterior neta que actúa sobre un cuerpo es igual a la variación instantánea de su cantidad de movimiento.
PRIMERA LEY DE NEWTON
Para poder entender la primera ley de Newton, la ley de la "inercia", es necesario primero comprender los siguientes conceptos.
INERCIA
En física, la inercia es la propiedad de los cuerpos de resistirse al cambio del movimiento, es decir, es la resistencia al efecto de una fuerza que se ejerce sobre ellos. Como consecuencia, un cuerpo conserva su estado de reposo o movimiento uniforme en línea recta si no hay una fuerza actuando sobre él. Así que la inercia es la propiedad de un cuerpo a permanecer en su estado de reposo hasta que se le aplique una fuerza.
SISTEMA DE REFERENCIA INERCIAL
Se dice que un sistema de referencia es inercial cuando una partícula libre (sobre la que no actúa ninguna fuerza) sigue una trayectoria rectilínea uniforme o está parada, las leyes del movimiento cumplen las leyes de Newton, y por tanto, la variación del momento lineal del sistema es igual a las fuerzas reales sobre el sistema.
REPOSO
En física se considera reposo a un estado de movimiento rectilíneo uniforme en el cual la velocidad es nula. El reposo sólo existe dentro de un punto de referencia.
MASA INERCIAL
En física, la masa inercial o masa inerte es una medida de la resistencia de una masa al cambio de velocidad en relación con un sistema de referencia inercial.
ÍMPETU
La cantidad de movimiento, o ímpetu es una magnitud vectorial, unidad SI: (kg m/s) que, en mecánica clásica, se define como el producto de la masa del cuerpo y su velocidad en un instante determinado.
PRIMERA LEY DE NEWTON O LEY DE LA INERCIA
Una vez aclarados varios conceptos, puedo mencionar el enunciado de dicha ley:
"Todo cuerpo continua en su estado de reposo o velocidad uniforme en línea recta a menos que una fuerza neta actué sobre él y lo obligue a cambiar ese estado".
La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que como ya vimos son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.
En esta ley de Newton existe un equilibrio traslacional, pues la suma de sus fuerzas es cero, también conocida como fuerza resultante, debido a que en esta ley no interviene ninguna fuerza.
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MRU Y MRUA
El MRU es aquel movimiento que lleva a cabo un móvil en línea recta y se dice que es uniforme cuando recorre distancias iguales en tiempos iguales.La ecuación del movimiento rectilíneo uniforme MRU es:Datos Fórmulad= distancia (m)v= velocidad (m/s) d= vtt= tiempo (s)
MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME ACELERADO
En este movimiento la velocidad es variable, nunca permanece constante; lo que si es constante es la aceleración.Entenderemos como aceleración la variación de la velocidad con respecto al tiempo. Pudiendo ser este cambio en la magnitud, en la dirección o en ambos.
Velocidad inicial Vo (m/s)
Velocidad final Vf (m/s)
Aceleración a (m/s2)
Tiempo t (s)
Distancia d (m)
FORMULAS:Vf= Vo + atVf2= Vo2 + 2atd= Vo*t + 1/2 a*t2
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VECTORES... CANT. ESCALARES Y VECTORIALES...
Un vector es todo segmento de recta dirigido en el espacio.Cada vector posee características que son:[Origen o también denominado Punto de aplicación] Es el punto exacto sobre el que actúa el vector.[Módulo]Es la longitud o tamaño del vector.[Dirección]Dada por la orientación en el espacio de la recta que lo contiene.[Sentido]Se indica mediante una punta de flecha situada en el extremo del vector, indicando hacia qué lado de la línea de acción se dirige el vector.
CANTIDADES ESCALARES Y VECTORIALES
CANTIDADES ESCALARES:
Son aquellas que sólo requieren para su determinación una magnitud.Ejemplo. masa, potencia, energía
CANTIDADES VECTORIALES:
Son aquellas que necesitan, para ser determinadas, de una magnitud, una dirección y un sentido.Ejemplo. desplazamiento, velocidad, fuerza, etc.Las cantidades vectoriales se representan gráficamente mediante una flecha llamada vector .
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MOVIMIENTO...RAPIDEZ...VELOCIDAD MEDIA
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SISTEMA DE MEDICIONES, converciones, potencias de 10
Se escribe an, y se lee: a elevado a n.
Ejemplos:
10 a la 0=1