FACULTAD DE INGENIERÍA

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA CURSO FÍSICA II 2012 Prof. Juan José Corace CLASE V

2 E Q W PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA

3 CONCEPTOS VISTOS EN LA ULTIMAS CLASES VOLUMEN VOLUMEN ESPECIFICO DENSIDAD PRESIÓN ENERGÍA INTERNA TÉRMICA PRINCIPIO CERO TEMPERATURA LEYES DE LOS GASES IDEALES ECUACION DE ESTADO DEL GAS IDEAL COEFICIENTES TERMODINAMICOS ECUACION DE ESTADO DEL GAS REAL FACTOR DE COMPRESIBILIDAD

4 ... LA PRIMERA LEY INTRODUCE EL CONCEPTO DE CONSERVACION DE LA ENERGÍA. ESTO INMEDIATAMENTE NOS LLEVA AL CONCEPTO DE ENERGÍA INTERNA DE UNA SUSTANCIA...

5 FORMAS DE ENERGÍA FORMA ENERGÍA SIN TRANSICIÓN ENERGÍA EN TRANSICIÓN TIPO POTENCIAL CINETICA INTERNA ELECTROMAGNETICA DEFORMACIÓN QUIMICA TRABAJO CALOR CONDICIÓN PROPIEDADES DEL SISTEMA NO SON PROPIEDADES DEL SISTEMA DEPENDEN DEL PROCESO (SOLO SE PRESENTAN DURANTE EL PROCESO)

6 PROPIEDADES PROPIEDADES INTENSIVAS PROPIEDADES EXTENSIVAS PROPIEDADES ESPECIFICAS PROPIEDADES EXTERNAS PROPIEDADES INTERNAS PROPIEDADES EXTRINSECASPROPIEDADES INTRINSECAS

7 PROPIEDADES EXTERNAS: SON AQUELLAS CUYA VALOR DEPENDE DE LA POSICIÓN EN EL ESPACIO, SON POR EXCELENCIA LA VARIABLE INDEPENDIENTE. EJEMPLO TÍPICO V (VOLUMEN) PROPIEDADES INTERNAS: SON EL RESTO DE LAS VARIABLES DEPENDIENTES.

8 PROPIEDADES EXTRINSECAS: SON LAS PROPIEDADES O PARÁMETROS CUYO VALOR ES INDEPENDIENTE DE LA NATURALEZA DE LA SUSTANCIA QUE SE ENCUENTRA DENTRO DE LOS LIMITES DEL SISTEMA. EJEMPLOS: ENERGIA POTENCIAL GRAVITATORIA, Y ENERGIA CINETICA PROPIEDADES INTRINSECAS: SON LAS PROPIEDADES CUYO VALOR DEPENDE DE LA NATURALEZA DE LA SUSTANCIA QUE COMPONE EL SISTEMA. EJEMPLOS: PRESIÓN, TEMPERATURA, DENSIDAD, CARGA ELECTRICA, ETC...

9 CONCEPTOS BÁSICOS ENERGÍA: LA CAPACIDAD DE UN SISTEMA DADO PARA PRODUCIR EFECTOS FÍSICOS EXTERNOS AL SISTEMA ALMACENADA O EN TRÁNSITO... TRABAJO: MECANISMO MEDIANTE EL CUAL SE TRANSFIERE LA ENERGÍA, A TRAVES DE LA FRONTERA DE UN SISTEMA DE MODO ORDENADO Y/O MACROSCÓPICO ENERGÍA TRANSFERIDA A TRAVÉS DE LA FRONTERA DE CALOR: UN SISTEMA DE MODO DESORDENADO Y/O MICROSCOPICO

10 ENERGIAS EN TRANSITO m i W Q m s

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12 TRABAJO MECÁNICO W Mec ΔΕ κmc + ΔΕ ΔΕ pmc W mec 2 1 F ext ds

13 W F R CONCEPTOS DE TRABAJO E W E W E K C P NC M TRABAJO: MECANISMO MEDIANTE EL CUAL SE TRANSFIERE LA ENERGÍA, A TRAVES DE LA FRONTERA DE UN SISTEMA DE MODO ORDENADO Y/O MACROSCÓPICO EXISTE UNA INTERACCION ENTRE UN SISTEMA Y SU ENTORNO

14 TRABAJO Mecánicamente el trabajo W se define como el producto de una fuerza aplicada (F) y el desplazamiento realizado (x): W mec F.dx CASO DE UN GAS EXPANSIONANDO CONTRA UN PISTÓN MÓVIL V d F P.dS W P.S.dx dv S. dx V 0 W V PdV V 0

15 CONCEPTO BÁSICO: EL TRABAJO ES FUNCIÓN DE LA TRAYECTORIA POR DEFINICIÓN EL TRABAJO ES FUNCIÓN DE PROCESO δw diferencial inexacta

16 EN EL CASO DE UNA COMPRESIÓN: - dv A.dx δw - P ext.dv

17 EL TRABAJO EN TERMODINÁMICA SE PUEDE DEFINIR COMO LA ENERGÍA TRANSFERIDA ENTRE UN SISTEMA Y SU ENTORNO POR MÉTODOS QUE NO DEPENDEN DE LA TEMPERATURA. LA ENERGÍA SE TRANSFIERE MEDIANTE FUERZAS QUE EJERCE EL SISTEMA SOBRE EL ENTORNO Y VICEVERSA.

18 EJEMPLOS DE TRABAJO : ELÉCTRICO W ELC V.I.dτ DE UN EJE ROTANDO W EJE T dθ EN UN RESORTE QUIMICO WELAS ζ d( x2 x1 ) W QUIM µ dn 2

19 OTROS TRABAJOS CUASIESTÁTICOS: ESTIRAMIENT O W EST τ.dl MAGNETICO W MAG ϑ dm EN UNA CELDA VOLUMEN ε dz P dv W CELDA W EXP RESUMIENDO: EN GENERAL EL TRABAJO CUASIESTÁTICO SE LO PUEDE GENERALIZAR: W P dv τ dl ε dz ϑ dm... CADA UNA DE LAS FORMAS DE TRABAJO SE DA COMO EL PRODUCTO DE UNA PROPIEDAD TERMODINÁMICA INTENSIVA Y LA DIFERENCIAL DE UNA PROPIEDAD TERMODINÁMICA EXTENSIVA.

20 TRABAJO. CONVENIO DE SIGNOS W<0 SISTEMA W>0 TRABAJO REALIZADO SOBRE EL SISTEMA TRABAJO REALIZADO POR EL SISTEMA

21 TRABAJO DE FLUJO W F 1 pa1x 1 P1V 1 W F 2 pa2 x2 P2V 2 W F P V 2 2 P1V 1 POR DEFINICIÓN EL TRABAJO DE FLUJO ES FUNCIÓN DEL ESTADO W W τ Fdω

22 CALOR ENERGIA QUE SE TRANSFIERE A TRAVES DE LA FRONTERA DE UN SISTEMA DE MODO DESORDENADO Y/O MICROSCÓPICO q C. X T LA TRANSFERENCIA DE CALOR ES UN MECANISMO MEDIANTE EL QUE SE TRANSFIERE ENERGÍA A TRAVÉS DE LA FRONTERA DE UN SISTEMA DEBIDO A UN GRADIENTE DE TEMPERATURA q c.(t T 1 2 X 2 1 )

23 CALOR SENSIBLE vs CALOR LATENTE Q m.c X T Q λ X dm CALOR QUE INTERCAMBIA UN SISTEMA PRODUCIENDO UN CAMBIO DE TEMPERATURA CALOR QUE INTERCAMBIA UN SISTEMA PRODUCIENDO UN CAMBIO DE DE FASE

24 CALOR LATENTE O POR CAMBIOS DE FASE Cambio de fase o calor latente Calor de fusión Calor necesario para fundir una sustancia sin modificar su temperatura. Q m Calor de evaporación Calor necesario para vaporizar una sustancia sin modificar su temperatura. λ f Q m λ e

25 CALOR. CONVENIO DE SIGNOS Q>0 Sistema Q<0 Calor absorbido por el sistema Calor cedido por el sistema

26 CALOR Y EL TRABAJO W W τ POTENCIA TASA _ DE _TRABAJO

27 CALOR Y EL TRABAJO dm dτ m s m i! de dτ m e s s e u + ω 2 m e 2 i i + + gz Q W

28 FISICA II 2011 PRÓXIMA CLASE: APLICACIONES DEL PRIMER PRINCIPIO