Física térmica. Raúl Casanella Leyva, Docente de la asignatura Física. UE Stella Maris.

Transcripción

1 Física térmica. Introducción. Energía cinética de las moléculas de un gas. Primera ley de la termodinámica. Procesos que ocurren en las transformaciones de estado de los gases. Leyes de los gases Problemas propuestos Raúl Casanella Leyva, Docente de la asignatura Física. UE Stella Maris. Fuente de imágenes:

2 Energía interna El movimiento de las partículas de un cuerpo se llama agitación térmica. La agitación térmica es una medida de la energía cinética interna de los cuerpo. Se distinguen, entonces, la energía interna cinética media (magnitud intensiva) y la energía interna cinética total (magnitud extensiva).

3 Energía interna (U) Es la energía total de las partículas que lo constituyen, es decir, la suma de todas las formas de energía que poseen sus partículas: átomos, moléculas e iones. U = U c + U k

4 Temperatura Magnitud escalar relacionada con la energía cinética interna (movimiento traslacional, rotacional y vibratorio) de las partículas del cuerpo de un sistema termodinámico.

5 Escalas de temperatura T C = 5 9 T F 32 T C = T K

6 Sistemas termodinámicos (según el grado de aislamiento que presentan con su entorno) Sistema aislado: No intercambia ni materia ni energía con su entorno, es decir se encuentra en equilibrio termodinámico. Sistema cerrado: Puede intercambiar energía pero no materia con el exterior. Sistema abierto: Intercambia materia y energía con su entorno. En esta clase se incluyen la mayoría de sistemas que pueden observarse en la vida cotidiana.

7 Paredes diatérmicas: Paredes que permiten el flujo de calor entre el sistema y su entorno 120 C 20 C 70 C 70 C Pared diatérmica

8 Paredes adiabáticas: Paredes perfectamente aisladas que no permiten el flujo de calor entre el sistema y su entorno 120 C 20 C 120 C 20 C Pared adiabática

9 Ley cero de la termodinámica Dos sistemas que están individualmente en equilibrio térmico con un tercer sistema, están en equilibrio térmico uno con el otro.

10 Definición de equilibrio térmico Dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico si provocan la misma sensación térmica (se encuentran a la misma temperatura). Principio cero de termodinámica Si dos sistemas A y B están en equilibrio térmico con un tercer sistema C, entonces A y B están en equilibrio térmico entre sí

11 Equivalente mecánico del calor

12 Calor (Q): Energía transferida entre cuerpos o sustancias que están a distintas temperaturas. Calor específico (c): Energía que hay que transferir a la unidad de masa (m), de un cuerpo o sustancia, para que esta varíe su temperatura en una unidad

13 Un cuerpo de masa m, se encuentra a una temperatura T o. Se le transfiere una cantidad de calor Q. El cuerpo eleva su temperatura hasta un valor T. Entonces, c = Q m (T T o ) c = Q m T

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15 Energía cinética de las moléculas de un gas Energía cinética media de las moléculas E k = 3 2 k T Energía cinética total de las moléculas de un mol. E k = 3 2 k N A T E k = 3 2 R T Energía cinética total de las moléculas de n moles. E k = 3 2 n R T

16 Energía cinética de las moléculas de un gas Variación de energía cinética media de las moléculas E k = 3 2 k T Variación de energía cinética total de las moléculas de un mol. E k = 3 2 k N A T E k = 3 2 R T Variación de energía cinética total de las moléculas de n moles. E k = 3 2 n R T

17 Variación de la energía cinética de las moléculas de un gas Energía cinética total de las moléculas de n moles. E k = 3 2 n R T Energía cinética total de las moléculas de masa m, a volumen constante E k = c v m T Energía cinética total de las moléculas de masa m, a presión constante E k = c p m T p V

18 Ley de conservación de la energía. La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma de un tipo en otro Primera ley de la termodinámica La cantidad de calor adicionada a un gas (Q) es igual al incremento de la energía interna del gas (ΔEk) más el trabajo realizado por el gas (W). Q = Ek + W

19 Ley de Boyle - Mariotte Masa Temperatura Constante Constante p V = constante p 1 V p 1 V 1 = p 2 V 2

20 Una masa de un gas ideal se mantiene a temperatura constante. a) Clasifique el proceso mediante el cual el gas sufre esta transformación. b) Determine a qué valor de presión su volumen será de 2L, si el gas ocupaba 3L a una presión de 0,5 Pa.

21 Ley Charles Masa Presión Constante Constante V T = constante V T V 1 T 1 = V 2 T 2

22 Un gas está sometido a una presión constante de 5 Pa. A una temperatura de 50 C el volumen es 0,3 m 3. Luego, su temperatura se incrementa hasta 500 C. b) Calcule el valor del nuevo volumen del gas.

23 Ley de la presión o de Gay Lussac Masa Volumen Constante Constante p T = constante p 1 T 1 = p 2 T 2 p T

24 Un gas, se encuentra contenido en un recipiente cerrado herméticamente. A una temperatura de 200 K, su presión es 2 Pa. La temperatura se incrementa a 300 K. a) Calcula el valor de la nueva presión del gas.