FÍSICA GENERAL. MC Beatriz Gpe. Zaragoza Palacios Departamento de Física Universidad de Sonora

Transcripción

1 FÍSICA GENERAL MC Beatriz Gpe. Zaragoza Palacios Departamento de Física Universidad de Sonora

2 TEMARIO 0. Presentación 1. Mediciones y vectores 2. Equilibrio traslacional 3. Movimiento uniformemente acelerado 4. Trabajo, energía y potencia 5. Fluidos 6. Termodinámica 7. Electricidad y magnetismo 8. Óptica 9. Física moderna

3 TEMARIO 7.- TERMODINÁMICA. 1. Temperatura y Dilatación. 2. Calor. 3. Capacidad calorífica. 4. Transferencia de calor. 5. Propiedades térmicas, leyes de los gases. 6. Trabajo y primera ley de la termodinámica. Tópico suplementario: Metabolismo Humano, regulación de la temperatura en animales.

4 TRAER 2 termos 1 con agua fria Otro con agua caliente Otro vaso para mezclarlas Cuchara o palita de madera, metal y plástico.

5 TEMPERATURA Para analizar la temperatura primero debemos definir el sistema que queremos estudiar, éste puede ser cualquier objeto, masa, región del espacio, etc., seleccionado para estudiarlo y aislarlo (mentalmente) de todo lo demás.

6 TEMPERATURA Un sistema aislado es aquel que no puede intercambiar materia ni energía con su entorno. Un sistema cerrado es aquel que sólo puede intercambiar energía con su entorno, pero no materia. Un sistema abierto es aquel que puede intercambiar materia y energía con su entorno.

7 TEMPERATURA. Temperatura: Es la propiedad física de los sistemas que precisa y cuantifica nuestras nociones de caliente y frío. Aunque calor NO es lo mismo que temperatura, los materiales más calientes tienen mayor temperatura

8 TEMPERATURA. La temperatura es una propiedad de un objeto que está relacionada con el hecho de que el objeto esté o no en equilibrio con otro objeto con el cuál está en contacto. Si están en equilibrio el estado de los objetos no cambia. Tendrán el mismo valor de temperatura. Si no están en equilibrio, no tendrán el mismo valor de temperatura. Ocurrirá un proceso que hará que baje la temperatura del más alto y suba la del más bajo para llevarlos a ambos a la misma temperatura y al equilibrio.

9 TEMPERATURA. Si dos o más cuerpos están en contacto, directamente o a través del aire, alcanzan la misma temperatura El equilibrio térmico implica: la misma temperatura en los cuerpos (no el mismo calor) si dos cuerpos están en equilibrio térmico y uno de ellos alcanza el equilibrio con un tercero, el primero también alcanza el equilibrio térmico con el tercero

10 La temperatura es una propiedad de un objeto que está relacionada con el hecho de que el objeto esté o no en equilibrio con otro objeto con el cuál está en contacto. En consecuencia es posible definir una escala de temperaturas. El termómetro es el objeto A que ha sido calibrado con un objeto y se usa para medir la temperatura de un tercer objeto C.

11 TEMPERATURA Termómetro: material que posea una propiedad termométrica: Cambia con la temperatura. Se puede medir fácilmente. L 100 L Para definir una escala, hay que definir dos cosas: El punto cero. El tamaño de la unidad L 0

12 TEMPERATURA Se usan tres escalas en la práctica y es bueno conocerlas. La escala Celsius La escala Fahrenheit La escala Kelvin La escala Celsius 0º C punto congelación agua a 1 atm 100º C punto ebullición agua a 1 atm Si estamos hablando de cambios de temperatura o diferencias de temperatura, entonces ΔT C = ΔT

13 TEMPERATURA. La escala Fahrenheit: Ambos el tamaño de la unidad y el punto cero son diferentes a los anteriores. 32º F punto congelación agua a 1 atm. 212º F punto ebullición agua a 1 atm. Relación matemática entre temperatura Fahrenheit y Celsius y temperatura Kelvin. T F = 1.8 T C + 32 ΔT F = 1.8 ΔT C

14 TEMPERATURA. La escala Kelvin: El punto cero es la temperatura más baja que existe. Ese punto tiene un significado físico especial (no hay movimiento de los átomos). Por eso, esta escala será la más útil especialmente cuando estemos enunciando las leyes de la termodinámica. El tamaño de la unidad lo determina el hecho de que se define el punto triple de agua como la temperatura K. Y es igual que el de la escala Celsius Relación matemática entre temperatura Celsius y temperatura Kelvin: T = T c

15 Relación entre las escalas de Temperatura De hacia Fahrenheit hacia Celsius hacia Kelvin ºF ºF (ºF - 32)*5/9 (ºF-32)*5/ ºC (ºC * 9/5) + 32 ºC ºC K (K )*9/5+32 K K

16 TEMPERATURAS TÍPICAS EN EL UNIVERSO

17 TEMPERATURA. Ejemplo. En un día la temperatura alcanza 50 F, cuál es la temperatura en grados Celsius y en Kelvins? 5 T 32 C TF 10 C 9 T T K C

18 EXPANSIÓN TÉRMICA LINEAL La expansión térmica es una consecuencia del cambio en la separación promedio entre los átomos constituyentes del cuerpo. La expansión se dá en cada una de las direcciones (o dimensiones) y es proporcional al cambio en la temperatura. Es un fenómeno de gran importancia práctica y también muchos termómetros comunes trabajan en base a este fenómeno. Donde L Longitud L L i α Coeficiente de expansión térmica lineal ( C 1 ) T Temperatura. T

19 EXPANSIÓN TÉRMICA LINEAL

20 PREGUNTAS Si calentamos un anillo de metal, El hoyo del anillo se vuelve más grande o más pequeño? Más grande, de manera similar a la que se expandería si se tratara de una moneda.

21 DILATACIÓN LINEAL. Un segmento de vía de ferrocarril de acero tiene una longitud de 30,000 m cuando la temperatura es de 0.0 C. Cuál es su longitud cuando la temperatura es de 40.0 C? 11x10 C 6 1 L L T 0.013m L L L m f

22 DILATACIÓN LINEAL. EJEMPLO Una autopista de concreto se construye con losas de 12m de largo cuando el termómetro marca 68 F Cuánto debe medir la separación entre ellas para evitar que se pandeen dado que en esa región se alcanzan temperaturas de hasta K? α = 12x10 6 / C

23 DILATACIÓN LINEAL. EJEMPLO Un dispositivo electrónico con un mal diseño tiene dos tornillos unidos a diferentes partes del dispositivo que casi se tocan uno con otro en su interior. Los tornillos de acero y latón están a diferentes potenciales eléctricos y, si se tocan, se desarrollará un cortocircuito que dañará al dispositivo. La separación inicial entre los extremos de los tornillos es de 5.0 x 10 6 m a 27 C. A qué temperatura se tocarán los tornillos? Suponga que la distancia entre las paredes del dispositivo no es afectada por el cambio de temperatura. y l 19x10 C 6 1 a 11x10 C 6 1

24 DILATACIÓN LINEAL. EJEMPLO Al aumentar la temperatura los tornillos se expandirán hasta que la distancia entre ellos será 0.0m, por lo tanto: L L 5 m l a Y como: L L i T L L T 5x10 m 6 l il ia 6 5x10 m T 7.4 C L L l il ia T T T 34 C f i

25 EXPANSIÓN TÉRMICA VOLUMÉTRICA El coeficiente de expansión lineal sólo existe para los sólidos pero podemos definir un coeficiente de expansión volumétrica β para líquidos y sólidos; el cual también tiene unidades de grado inverso, de forma que V V T i V f V i 3 V ( T T i f i ) Si el material es un sólido hay una relación entre el coeficiente volumétrico y el coeficiente lineal que se puede calcular considerando un cubo de material de lado L. 3

26 Tabla de coeficientes de expansión térmica para diferentes materiales.

27 INUSUAL EXPANSIÓN TÉRMICA DEL AGUA El agua, en el intervalo de temperaturas de 0 C a 4 C, se contrae al aumentar la temperatura. En este intervalo, su coeficiente de expansión es negativo. Por arriba de 4 C, el agua se expande al calentarse. Por lo tanto, el agua tiene su mayor densidad a 4 C. El agua también se expande al congelarse, lo cual explica por qué se forman jorobas en el centro de los compartimentos de una charola para cubitos de hielo. En cambio, la mayoría de los materiales se contraen al congelarse.

28 INUSUAL EXPANSIÓN TÉRMICA DEL AGUA Un lago se enfría de la superficie hacia abajo; por arriba de los 4 C, el agua enfriada en la superficie se hunde por su mayor densidad; sin embargo, cuando la temperatura superficial baja de 4 C, el agua cerca de la superficie es menos densa que la de abajo, que es más caliente. Por lo tanto, el flujo hacia abajo cesa y el agua cerca de la superficie sigue siendo más fría que en el fondo. Al congelarse la superficie, el hielo flota porque es menos denso que el agua. El agua en el fondo sigue a 4 C hasta que casi todo el lago se congela. Si el agua se comportara como la mayoría de las sustancias, contrayéndose continuamente al enfriarse y congelarse, los lagos se helarían de abajo hacia arriba. La circulación por diferencias de densidad haría subir continuamente el agua más caliente para un enfriamiento más eficiente, y los lagos se congelarían por completo con mucha mayor facilidad. Esto destruiría todas las plantas y animales que no resisten el congelamiento. Si el agua no tuviera esta propiedad especial, la evolución de la vida habría seguido un curso muy diferente.

29 EXPANSIÓN TÉRMICA VOLUMÉTRICA El tanque de gasolina de un auto hecho de acero y con capacidad de 70l está completamente lleno con gasolina a 20 C. Si el auto se estaciona a la luz del sol y el tanque alcanza una temperatura de 40 C Cuánta gasolina se desbordará del tanque? A 36x10 C G 950x10 C La gasolina aumentará V V T 1.3l G G ig Mientras que el tanque dilatará V V T 0.05l T A it Por lo que se derramarán 1.25 l

30 CALOR Dos objetos, con diferentes tamaños, masas y temperaturas, se ponen en contacto térmico. En que dirección viaja la energía? a) La energía viaja del objeto mas grande al objeto mas pequeño. b) La energía viaja del objeto con más masa al que tiene menos masa. c) La energía viaja del objeto con mayor temperatura al objeto con menor temperatura.

31 PREGUNTAS Cuáles de los siguientes tipos de termómetro tienen que estar en equilibrio térmico con el objeto que se mide, con la finalidad de dar lecturas exactas? Un termómetro de mercurio y/o un termómetro para el oido. Un termómetro de mercurio mide su propia temperatura, para que ésta sea igual a la temperatura del objeto que se está midiendo, el termómetro y el objeto deben estar en contacto y en equilibrio térmico. Un termómetro digital detecta la radiación infrarroja en la piel de una persona, así que no hay necesidad de que el detector y la piel estén a la misma temperatura.

32 CALOR Si metemos una cuchara fría en una taza con café caliente, la cuchara se calienta y el café se enfría para establecer el equilibrio térmico. La interacción que causa estos cambios de temperatura es básicamente una transferencia de energía de una sustancia a otra. La transferencia de energía que se da exclusivamente por una diferencia de temperatura se denomina flujo de calor o transferencia de calor, en tanto que la energía así transferida se llama calor.

33 CALOR Las unidades de calor se definen como: La caloría fue definida como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 g de agua de 14.5ºC a 15.5ºC. La unidad de calor en el sistema ingles es la unidad térmica británica (BTU: British Thermal Unit), definida como el calor necesario para elevar la temperatura de 1 lb de agua de 63ºF a 64ºF. En el sistema SI la unidad de calor es la unidad de energía, es decir, el Joule. 1BTU 778 ft lb 252cal 1055J

34 CALOR El equivalente mecánico del calor En 1843, mediante el arreglo mostrado, James Prescott Joule ( ) encontró el equivalente mecánico del calor, mostrando que J de energía mecánica elevaban la temperatura de 1 g de agua de 14.5ºC a 15.5ºC. 1 caloría 4.186J

35 CALOR CONVENIO DE LOS SIGNOS DEL CALOR Q>0 Sistema Q<0 Calor absorbido por el sistema Calor cedido por el sistema

36 Capacidad calorífica y calor específico Capacidad calorífica: es la cantidad de calor requerida para aumentar la temperatura de un cuerpo en 1 grado C Si calentamos agua para hacer té, necesitamos el doble de calor para dos tazas que para una, si el intervalo de temperatura es el mismo. La cantidad de calor requerida también depende de la naturaleza del material; se requieren 4190 J de calor para elevar la temperatura de 1 kg de agua 1 C pero sólo 910 J para elevar en 1 C la temperatura de 1 kilogramo de aluminio. C Q T! Propiedad particular de cada cuerpo!

37 Capacidad calorífica y calor específico Calor específico: capacidad calorífica por unidad de masa C e C m! Propiedad particular de sustancia! Sin importar sus dimensiones

38 Tabla de calores específicos

39 La cantidad de calor absorbido o cedido por un cuerpo de masa m, al cambiar su temperatura T, se puede expresar en términos de la capacidad calorífica y del calor específico: Q C T Q mce T

40 CALOR ESPECÍFICO. Cuánta entrada de calor se necesita para elevar la temperatura de una barrica vacía de 20kg, hecha de hierro, desde 10 C a 90 C, Y si contiene 20l de agua? C 450 J J ehierro kg C C eagua 4186 kg C Barrica vacía Con agua Q mc T e J Qbarrica kg C x J kg C J Qagua kg C x J kg C entonces necesitamos una entrada de calor de x10 J

41 T R A N S C F A E d L R e O E R N C I A Conducción: transferencia de energía desde cada porción de materia a la materia adyacente por contacto directo, sin intercambio, mezcla o flujo de cualquier material. Convección: transferencia de energía mediante la mezcla íntima de distintas partes del material: se produce mezclado e intercambio de materia. Radiación: transferencia de energía mediada por ondas electromagnéticas, emanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos fríos.

42 CONDUCCIÓN La conducción es el único mecanismo de transmisión del calor posible en los medios sólidos opacos. Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura, el calor se transmite de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura debido al contacto directo entre moléculas.

43 Tabla de Conductividades térmicas

44 CONVECCIÓN La convección es un fenómeno de transporte (materia y energía). Cuando un fluido se calienta, se expande; en consecuencia su densidad disminuye. Si una capa de material más fría y más densa se encuentra encima del material caliente, entonces el material caliente asciende a través del material frío hasta la superficie. El material ascendente disipará su energía en el entorno, se enfriará y su densidad aumentará, con lo cual se hundirá reiniciando el proceso.

45 RADIACIÓN El tercer mecanismo de transferencia de calor es la radiación. Es un hecho que todos los cuerpos radían continuamente energía mediante ondas electromagnéticas, debido al movimiento incesante de las moléculas y átomos que lo conforman. Formas familiares de este mecanismos de transferencia de calor son, por ejemplo: la radiación solar que nos brinda energía para la vida en el planeta, la radiación que emana de un horno eléctrico, etc. Radiación: es la transferencia de energía mediada por ondas electromagnéticas, emanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos fríos.

46 RADIACIÓN ondas electromagnéticas? E u x E 0 e j( kz t ) X Y Z B u y B 0 e j( kz t ) k

47 RADIACIÓN Espectros de emisión para un cuerpo, a diferentes temperaturas

48 GASES EXAMEN 26/OCT. Una sustancia se considera gas cuando las fuerzas interatómicas (o intermoleculares) entre los distintos átomos (o moléculas) que la forman son tan pequeñas que la sustancia no adopta, ni forma, ni volumen fijo, tendiendo a expandirse todo lo posible para ocupar el recipiente que lo contiene. Refiriéndose a los gases, las condiciones normales de presión y temperatura (CNPT) para la determinación de sus propiedades son, por acuerdo internacional: 0ºC (273.15K) y 1 atm (ó 10 5 Pa), con sabiendo que los medidores de gasto volumétrico se calibran a 25ºC.

49 GASES Es importante mencionar que un gas es una sustancia que se encuentra en ese estado a temperatura y presión normales, mientras que vapor es la forma gaseosa de cualquier sustancia que normalmente es líquida o sólida a condiciones normales. En condiciones normales de presión y temperatura (CNPT) existen elementos que son gaseosos, (las moléculas de) O 2, N 2, H 2, F 2 y Cl 2. El O 2 es esencial para la vida. H 2 S y HCN son venenos mortales. CO, NO 2, O 3, y SO 2, son tóxicos. El He, Ar y Ne son químicamente inertes.

50 GASES Presión de un Gas Los gases ejercen presión sobre cualquier superficie con la que entren en contacto, dado que las moléculas gaseosas están en constante movimiento y chocan con la superficie del recipiente que los contienen.

51 GASES IDEALES Y ECUACIÓN DE ESTADO Se define un gas ideal como aquel en el que todas las colisiones entre los constituyentes (átomos y moléculas) son perfectamente elásticos y en el cual no hay fuerzas atractivas intermoleculares. Este concepto implica que las moléculas del gas no interactúan excepto en las colisiones, y que el volumen molecular es despreciable comparado con el volumen del recipiente. Un gas real se puede considerar como ideal si la interacción entre sus moléculas es despreciable, lo cual se logra manteniéndolo a una presión baja.

52 GASES IDEALES Y ECUACIÓN DE ESTADO Para estudiar un gas de masa m, confinado en un recipiente de volumen V a una presión p y temperatura T, es importante conocer la relación entre estas cantidades. En general, esta relación conocida como Ecuación de estado es bastante complicada; sin embargo, para el caso de un gas ideal es muy simple y se puede encontrar experimentalmente. Antes de construir la ecuación de estado, revisemos tres leyes empíricas que se observa son satisfechas por los gases (de baja presión).

53 LEYES EMPÍRICAS DE LOS GASES: LEY DE BOYLE En 1662, el irlandés Robert Boyle ( ) enuncia la hoy conocida como Ley de Boyle-Mariotte*, que establece: Cuando el gas se mantiene a temperatura constante, su presión es inversamente proporcional a su volumen. P 1 V 1 = P 2 V 2 * En 1660, el francés Edme Mariotte ( ) emprendió investigaciones sobre las deformaciones elásticas de los sólidos e, independientemente de su colega Robert Boyle, enunció una ley relacionada con la compresibilidad de los gases. En su tratado De la naturaleza del aire (1676) formuló la ley de compresibilidad de los gases: "a temperatura constante, el volumen de un gas varía en razón inversa a su presión".

54 LEYES EMPÍRICAS DE LOS GASES: LEY DE CHARLES En 1787, el francés Jacques Alexandre César Charles ( ) enuncia la hoy conocida como ley de Charles, que establece: Cuando la presión del gas se mantiene constante, su volumen es directamente proporcional a su temperatura. V 1 /T 1 = V 2 /T 2

55 LEYES EMPÍRICAS DE LOS GASES: LEY DE GAY-LUSSAC En 1802, el francés Joseph Louis Gay-Lussac ( ) enuncia la hoy conocida como Ley de Gay- Lussac, que establece: Cuando el gas se mantiene en un recipiente a volumen constante, la presión experimentada es directamente proporcional a su temperatura. P 1 /T 1 = P 2 /T 2

56 LEYES EMPÍRICAS DE LOS GASES: LEY GENERAL E HIPÓTESIS DE AVOGADRO. La unificación de estas tres leyes da lugar a lo que se llama ecuación de estado para un gas ideal, a saber pv T constante Es importante señalar que a las cantidades p, V y T se les llama variables termodinámicas y nos permiten caracterizar el estado de un gas, de manera análoga al papel que juegan en mecánica: la posición, la velocidad y la aceleración.

57 LEYES EMPÍRICAS DE LOS GASES: LEY GENERAL E HIPÓTESIS DE AVOGADRO. En 1811, el italiano Amedeo Avogadro ( ) establece la llamada hipótesis de Avogadro: A presión y temperatura constantes, el volumen de un gas es directamente proporcional al número de moles del gas presente, lo que se puede escribir como V constante n donde n es el número de moles y V es el volumen. Es importante mencionar que este resultado es independiente de su naturaleza química y características físicas Esta constante se llama número de Avogadro (N A ) y tiene un valor de x10 23 mol -1.

58 GASES IDEALES Y ECUACIÓN DE ESTADO En el estudio de los gases una cantidad muy importante es el número de moles n, que se define como el cociente entre la masa m del gas y su correspondiente masa molar M, es decir n m M Con la anterior definición, la ecuación de estado de un gas ideal se escribe como pv nrt R J / mol K donde n es número de moles y R es la constante universal de los gases.

59 Ecuación de estado del gas ideal: Resumen Presión Pa pv nrt Temperatura K Volumen (m 3 ) R R J / mol º K atm l / mol º K n m M Constante de los gases Número de moles

60 GASES IDEALES: EJERCICIOS. Un gas está dentro de un contenedor de 8 l a una temperatura de 20 C y una presión de 9 atm. Determine el número de moles del gas en el contenedor De la Ec. de estado podemos escribir. n x10 Pa 8x10 m PV RT J 293K mol K 2.99mol

61 GASES IDEALES: EJERCICIOS. Aplicando la ecuación de estado o la ley de Boyle, y considerando que todo el He pasa a los N globos (manteniendo la temperatura constante): donde hemos considerado que el volumen de un globo es De esta expresión despejamos el número de globos N, es decir = Por lo que podemos inflar 884 globos y nos queda un poco de He sin usar.

62 GASES IDEALES: EJERCICIOS. (a) En esta parte tenemos un proceso isocórico (mismo volumen) si aplicamos la Ley de Gay-Lussac, podemos despejar la temperatura final T 2 (b) Aplicando la Ecuación de Estado

63 CONTINUACIÓN (c) Con los datos presentados, podrías calcular el volumen inicial del gas V 1? Si, usando la ecuación de estado podemos despejar el volumen V nrt p (1 mol)( atm l / mol K)(300 K) 6atm 4.107l El volumen de un mol de oxígeno a una presión de 6.00atm y 27ºC (300K) de temperatura es litros.

64 GASES IDEALES: Considerando que la burbuja contiene un gas ideal, podemos aplicar la ecuación general, de donde despejamos el volumen V 2 PV T P gh V T atm Aquí hemos usado la Ley de Pascal V2 TP 1 2 TP para calcular las presiones p 1 y p 2. 1 atm Numéricamente ,300 Pa (1025 kg m )(9.81 m s )(25.0 m) 1x10 m K V K 101,300Pa de tal forma que el volumen final de la burbuja es 6 3 V x10 m

65 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA La energía interna U de un sistema es el total de todos los tipos de energía que poseen las partículas que conforman el sistema. Por lo general la energía interna consiste de la suma de las energías potencial y cinética de las moléculas de gas que realizan trabajo.

66 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA La energía interna de un sistema, U, tiene la forma de energía cinética y potencial de las moléculas, átomos y partículas subatómicas que constituyen el sistema, es decir, donde U = E int = Ec int + Ep int Ec int es la energía cinética interna que consiste en la suma de la energía cinética de todas las partículas del sistema; y Ep int es la energía potencial interna que consiste en la suma de la energía potencial debida a la interacción de todas las partículas entre si. En particular, para un gas ideal Ep int = 0, por lo que su energía interna solo depende de la temperatura (asociada con el movimiento de las componentes del gas).

67 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Dos formas de aumentar la energía interna ΔU ΔW (-) realizado sobre el sistema ΔQ (+) Calor dado al sistema

68 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA El cambio de energía interna de un sistema es igual al calor transferido más el trabajo realizado sobre el sistema E Q W int En otras palabras es la forma de expresar la ley de conservación de energía en termodinámica Y sólo depende de las energías internas del estado final y el inicial y no del proceso que se use para llegar de uno al otro Nota: Algunas autores ya toman el trabajo como negativo pensando en que es el trabajo realizado SOBRE el sistema.

69 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Representación mediante diagramas p-v Estado de un Sistema: Un punto en una gráfica de presión versus volumen (diagrama p-v). Proceso Termodinámico: Una línea continua conectando dos estados del sistema. Si el estado inicial es distinto del estado final, la transformación es abierta. Si los estados inicial y final son iguales, entonces la transformación es cerrada y se conoce como ciclo termodinámico.

70 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Consideremos primero un sistema aislado Un sistema aislado es aquel que no puede intercambiar materia ni energía con su entorno, por lo que Q = 0 Pero además, si no interacciona con sus alrededores o medio ambiente, entonces tampoco realiza trabajo o se realiza trabajo sobre el, es decir: W = 0 Entonces, de acuerdo a la primera ley tenemos E 0 es decir, no cambia su energía interna

71 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Ahora consideremos los procesos cíclicos Aquí tenemos que E intf = E inti, es decir ΔE int = 0. por lo que, a partir de la primera ley tenemos Q + W = 0 de donde Q = -W

72 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Consideremos los procesos adiabáticos Estos procesos se caracterizan por que no hay intercambio de calor con el medio ambiente, es decir Q =0 Paredes aislantes En el caso particular de una expansión libre adiabática se tiene, de entrada Q = 0 P int Estado inicial P int Estado final Considerando que no hay transferencia de calor, la primera ley permite concluir que ΔE = W

73 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Consideremos los procesos isocóricos En el caso de los procesos isocóricos, estos se caracterizan por que no hay cambio de volumen, lo que implica que W = 0 En este tipo de procesos, el calor introducido o extraído del sistema se traduce directamente en cambios en la energía interna. Q En este caso, la primera ley permite concluir que ya que W = 0 ΔE = Q

74 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Consideremos los procesos Isotérmicos Este tipo de procesos se caracterizan por que no hay cambio de la temperatura, es decir T = cte. Como T es constante, la energía interna no cambia, así que a partir de la primera ley se tiene que Q + W = 0 Q = -W

75 Cuáles de los siguientes tipos de termómetro tienen que estar en equilibrio térmico con el objeto que se mide, con la finalidad de dar lecturas exactas? Un termómetro de mercurio y/o un termómetro para el oido. La presion en el fondo de un vaso lleno de agua es P. El agua se derrama y el vaso se llena con alcohol etilico Cual es la presion en el fondo del vaso? a) menor que P, b) igual a P, c) mayor que P, d) indeterminado. Si en la carretera un camión nos rebasa, sentimos a) una atracción hacia el camión, b) que nos alejamos del camión, c) ninguna reacción.

76 Dos esferas se hacen del mismo metal y tienen el mismo radio, pero una es hueca y la otra solida. Las esferas se someten al mismo aumento de temperatura. Cual esfera se expande mas? a) La esfera solida se expande mas. b) La esfera hueca se expande mas. c) Ambas se expanden en la misma cantidad. d) No hay suficiente información para decirlo. Un material común para acolchar objetos en los paquetes está hecho de burbujas de aire atrapadas entre hojas de plástico. Este material es más efectivo para evitar que los contenidos del paquete se muevan dentro del empaque en a) un día caliente, b) un día frío, c) días calientes o fríos.

77 La cama de agua El colchón de una cama de agua mide 2.00 m de largo por 2.00 m de ancho y 30.0 cm de profundidad. A) Encuentre el peso del agua en el colchón. B) Encuentre la presión que ejerce el agua sobre el suelo cuando la cama de agua descansa en su posición normal. Suponga que toda la superficie inferior de la cama tiene contacto con el suelo. C) Y si la cama de agua se sustituye con una cama regular de 300 lb que se sostiene en sus cuatro patas? Cada pata tiene una sección transversal circular de 2.00 cm de radio. Qué presión ejerce esta cama sobre el suelo?