Termodinámica

1. Termodinámica Física. Grado 11. I.E Entrerríos Docente: Robinson Usma

2. 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.

4. 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.

5. 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

6. Medición de la Temperatura • Ejercicio. Expresar una temperatura de 50ºC en: • Grados Fahrenheit • Grados Kelvin

8. 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.

10. 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.

12. 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.

13. 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.

15. 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.

16. Equilibrio Térmico

17. Equilibrio Térmico

18. 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

21. Conducción de calor 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. A T1 T2 e

22. Los valores de Conductividad de la tabla están dados en las unidades

23. Conducción de calor

24. Ley Cero

25. 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.

26. Dilatación Térmica • Dilatación en sólidos • Dilatación el líquidos • Dilatación en gases • Dilatación Lineal • Dilatación Superficial • Dilatación Volumétrica ¿Porque se agrietan las carreteras en época de calor? 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.

27. 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)

28. 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

29. 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

30. 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.

31. Diferencia entre calor latente y calor sensible

33. 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.

34. Leyes de los gases 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 añadiendopeso al embolo • 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. Al agregar peso, el volumen es reducido por lo tantolas 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.

35. 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.

36. 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.

37. 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.

38. Leyes de los gases Se puede aumentar el volumen agregandocalor al recipiente 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. Al aumentar al doble la temperatura se apreciaque el volumen también aumento al doble. Esto se conoce como la ley de Charles que nos dice:El volumen es directamente proporcional a la temperaturadel gas:Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta.Si la temperatura disminuye, el volumen del gas disminuye

39. Leyes de los gases Se puede aumentar el volumen agregandogas al embolo 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. 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

40. Leyes de los gases Se puede aumentar la presión del gas añadiendocalor al recipiente, siempre y cuando el volumen sea constante. • Ley de Gay-Lussac. • 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. Al añadir calor, la presión del gas aumentaya que las moléculas de este chocan a unamayor velocidad en el mismo volumen que seencontraban 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

41. Ley de Gay Lussac • A presión constante, el volumen que ocupa determinada masa de gas es directamente proporcional a la temperatura medida en Kelvin.

42. Ley General de los Gases y Gases Ideales • LEY GENERAL DE LOS GASESLa 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.

43. 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. 

44. Ley de los gases ideales

45. 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.

46. Constante universal de los gases

47. 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.

48. 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.

49. sitio de referencia para consulta http://blogdefisica5d8.blogspot.com/2010/10/ley-general-de-los-gases-y-gases.html

50. Analiza esta gráfica