Termodinámica

Termodinámica.- Parte de la física que estudia las relaciones existentes entre los fenómenos dinámicos y los caloríficos. Trata de la transformación de la energía mecánica en calor y del calor en trabajo. También describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas macroscópicos de materia y energía.

La termodinámica estudia los sistemas que se encuentran en equilibrio. Esto significa que las propiedades del sistema —típicamente la presión, la temperatura, el volumen y la masa— son constantes.

Un concepto esencial de la termodinámica es el de sistema macroscópico, que se define como un conjunto de materia que se puede aislar espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable. El estado de un sistema macroscópico en equilibrio puede describirse mediante propiedades medibles como la temperatura, la presión o el volumen, que se conocen como variables termodinámicas. Es posible identificar y relacionar entre sí muchas otras variables (como la densidad, el calor específico, la compresibilidad o el coeficiente de expansión térmica), con lo que se obtiene una descripción más completa de un sistema y de su relación con el entorno. Cuando un sistema macroscópico pasa de un estado de equilibrio a otro, se dice que tiene lugar un proceso termodinámico. Las leyes o principios de la termodinámica, descubiertos en el siglo XIX a través de meticulosos experimentos, determinan la naturaleza y los límites de todos los procesos termodinámicos.
Los principios de la termodinámica tienen una importancia fundamental para todas las ramas de la ciencia y la ingeniería.
Ley cero de la termodinámica
El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, entre otras) no son dependientes del tiempo.

Segunda ley de la termodinámica
Esta ley indica la dirección en que se llevan a cabo las transformaciones energéticas. En un sistema aislado, es decir, que no intercambia materia ni energía con su entorno, la entropía (fracción de energía de un sistema que no es posible convertir en trabajo) siempre aumenta con el tiempo.
En otras palabras: El flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos a temperatura más alta a aquellos de temperatura más baja.
Rendimiento termodinámico
Un concepto importante en la ingeniería térmica es el de rendimiento. El rendimiento de una máquina térmica que funciona entre un foco frío Qc y uno caliente Qh se define como:



Donde W es el trabajo proporcionado por la máquina.
Carnot demostró que el rendimiento máximo de una máquina es proporcional a la diferencia de temperatura de sus focos:



Donde Tc y Th son las temperaturas del foco frío y foco caliente medidas en Kelvin.
Este rendimiento máximo es el correspondiente al de una máquina térmica reversible la cual es sólo una idealización, por lo que cualquier máquina térmica construida tendrá un rendimiento menor que el de la máquina reversible operando entre los mismos focos. Lo cual constituye el teorema de Carnot.














Conceptos:

Materia y sistemas
Los sistemas físicos que encontramos en la Naturaleza consisten en un agregado de un número muy grande de átomos.
La materia está en uno de los tres estados: sólido, líquido o gaseoso: En los sólidos, las posiciones relativas (distancia y orientación) de los átomos o moléculas son fijas. En los líquidos, las distancias entre las moléculas son fijas, pero su orientación relativa cambia continuamente. En los gases, las distancias entre moléculas, son en general, mucho más grandes que las dimensiones de las mismas. Las fuerzas entre las moléculas son muy débiles y se manifiestan principalmente en el momento en el que chocan. Por esta razón, los gases son más fáciles de describir que los sólidos y que los líquidos.
El gas contenido en un recipiente, está formado por un número muy grande de moléculas, 6.02•1023 moléculas en un mol de sustancia. Cuando se intenta describir un sistema con un número tan grande de partículas resulta inútil (e imposible) describir el movimiento individual de cada componente. Por lo que mediremos magnitudes que se refieren al conjunto: volumen ocupado por una masa de gas, presión que ejerce el gas sobre las paredes del recipiente y su temperatura. Estas cantidades físicas se denominan macroscópicas, en el sentido de que no se refieren al movimiento individual de cada partícula, sino del sistema en su conjunto.

¿Qué es el calor?
El calor no es una nueva forma de energía, 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)
Cuando no hay intercambio de energía (en forma de calor) entre dos sistemas, decimos que están en equilibrio térmico. Las moléculas individuales pueden intercambiar energía, pero en promedio, la misma cantidad de energía fluye en ambas direcciones, no habiendo intercambio neto. Para que dos sistemas estén en equilibrio térmico deben de estar a la misma temperatura
¿Qué es la presión?
Es la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie. La presión suele medirse en atmósferas (atm); en el Sistema Internacional de unidades (SI), la presión se expresa en newton`s por metro cuadrado; un newton por metro cuadrado es un pascal (Pa). La atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm de mercurio en un barómetro convencional.

¿Qué es el volumen?
El volumen es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. En matemáticas el volumen es una medida que se define como los demás conceptos métricos a partir de una distancia o tensor métrico. En física, el volumen es una magnitud física extensiva asociada a la propiedad de los cuerpos físicos de ser extensos, que a su vez se debe al principio de exclusión de Pauli. La unidad de medida de volumen en el Sistema Métrico Decimal es el metro cúbico, aunque el SI, también acepta (temporalmente) el litro y el mililitro que se utilizan comúnmente en la vida práctica.

¿Qué es la temperatura?
La temperatura es un parámetro termodinámico del estado de un sistema que caracteriza el calor, o transferencia de energía.
Concretamente, dado un sistema en él se pueda expresar como suma de energías cinéticas de todas las partículas, y suma de energías potenciales de partículas tomadas por pares (es decir, H=T+V donde V = ΣiMultitud de propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias varían en función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (gaseoso, líquido, sólido, plasma...), la densidad, la solubilidad, la presión de vapor o la conductividad eléctrica. Así mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas.
En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin. Sin embargo, está muy generalizado el uso de otras escalas de temperatura, concretamente la escala Celsius (o centígrada), y, en los países anglosajones, la escala Fahrenheit. También existe la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, es la escala utilizada en el Sistema Inglés Absoluto. Una diferencia de temperatura de un kelvin equivale a una diferencia de un grado centígrado.

¿Que es la Concentración?
En la naturaleza la materia no se encuentra constituida, por lo general, por un solo elemento o compuesto químico, sino por una mezcla de diferentes sustancias, si bien dentro de éstas hay que distinguir entre mezclas ordinarias y disoluciones. Las disoluciones son una mezcla de sustancias a nivel molecular, a diferencia de las mezclas ordinarias, en las que las sustancias se mantienen en partículas de tamaño más grande, apreciables a simple vista. En la formación de una disolución se desprende o absorbe calor (calor de disolución) como en las reacciones químicas.
Características de las mezclas, disoluciones y compuestos las características que diferencian a las mezclas, las disoluciones y los compuestos se resumen en la siguiente tabla:

Característica Mezcla Disolución Compuesto
Sistema Heterogéneo Homogéneo Homogéneo
Proporción de los constituyentes Variable Variable Constante
Propiedades individuales de los constituyentes Se conservan Se conservan No se conservan
Desprendimiento de calor en la formación No Sí Sí
Separación de los constituyentes Fácil Relativamente fácil Difícil

Las formas más usuales de expresar la concentración son:
Porcentajes: la expresión de una concentración en forma de porcentajes puede ir referida a masa o a volumen:


Una disolución de azúcar en agua al 10% en masa quiere decir que contiene 10 gramos de azúcar por cada 100 gramos de disolución.
Molaridad (M) o concentración molar: es la expresión de la concentración referida al número de moles de soluto por litro de disolución:


Una disolución 10 molar de cloruro sódico (NaCl) contiene 10 moles de NaCl por litro de disolución.
Molalidad (m) o concentración molal: es la expresión de la concentración referida al número de moles de soluto por kilogramo de disolvente:


Una disolución 3 molal de NaCl contiene 3 moles de sal por kilogramo (o por litro en este caso) de agua.
Fracción molar (X): se denomina fracción molar del soluto al cociente entre el número de moles de soluto de la disolución y el número total de moles (disolvente y soluto):


Si se echa 1 mol de NaCl en 9 moles de agua, la fracción molar del soluto es:


Bibliografía

Guía de química
http://www.hiru.com/es/kimika/kimika_00800.html
html.rincondelvago.com/termodinamica_19.html
http://soko.com.ar/Fisica/Termodinamica.htm
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/termo/Termo.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica
http://usuarios.lycos.es/yxtzbldz85/

Primera Unidad: "El Movimiento Circular"

Un Movimiento es Circular cuando un objeto movil se mueve dentro de una circunferencia.
a= Velocidad angular(w).
w= Delta O / Delta t
Radianes/segundo
rpm = Revoluciones por minuto
rad. = Radianes

El desplazamiento angular(O) generalmente se presenta en radianes, grados o rpm.
Una rpm es igual a 360º y 360º es igual a 2PI rad.
1 rad. = 57,29577951º

Un radian es el angulo subtendido en el octocentro de igual longuitud que el radio del circuito así un algulo (O)(teta) en radianes esta dado en terminos de la longuitud del segmento(S) que se sub-extiende sobre un circulo de r.R , O = S/rad.

La medida en radianes de un angulo es un Nº a dimencional.

La velocidad angular w de un objecto es la razon con la cual la coordenada angular, el desplazamiento angular O(teta) cambia con la variecion del tiempo t.
Si O cambia de Oi(teta inicial) a Of(teta final) en t, entonces la velocidad angular promedio es:

w = (Oi - Of) / t

2PI rad. --> 360º
x --> 180º
¿Cual es el Resultado?
2PI rad. * 180º = 360ºx
57,3 rad. * 180º = 360ºx
10314ºrad./360º = x
10314 rad./360 = x
28,65 rad.= x

Conseptos de la Física

Frecuencia = Numero de vueltas en una unidad de tiempo.
Periodo = Tiempo que demora un objeto en dar una vuelta completa.
Trayectoria= Es la linea geometrica que recorre un cuerpo.
Velocidad = Es la distancia recorrida en una unidad de tiempo.
Distancia = Es el largo del camino recorrido.
Aceleracion= Es el cambio de velocidad de un cuerpo en un intervalo de tiempo.

Movimiento = Cambio de posicion del cuerpo u objeto de un lugar a otro lugar en el espacio.
Movimiento Uniforme = Un movimiento es uniforme cuando lleva una rapides constante.
Movimiento rectilineo= Un movimiento es rectilineo cuando un cuerpo se mueve en una linea recta.

Energia Mecanica = Es la suma de la energia cinetica y potencial.

Energia Cinetica = Es la energia del movimiento de un cuerpo. Esta Energia es directamente proporcional a la masa del cuerpo y cuadrado de su velocidad.

Energia Potencial= Es la energia que depende de la posicion del cuerpo. Esta energia es directamente proporcional a la masa del cuerpo y a la altura donde se encuentra el cuerpo.

Física del Tércero medio (Objetivos)

Objetivos Fundamentales de la asignatura:

1.-Aplicar las nociones Físicas fundamentales para explicar y describir el movimiento circular; utilizar las e`presiones matemáticas de estas nociones.
2.-Aplicar el consepto de conservacion de la energía de los sistemas mecánicos y apresiar subasta generalidad atraves de una variedad de ejemplos: cuantificar el efecto del roce en el movimiento.
3.-Entender aspectos del comportamiento de los fluidos, como capilar, presión, flotacion; analizar la expresión de estos principios de los fenómenos cotidianos en aparatos tecnologicos y en el funcionamiento de sistemas como el sistema circulatorio sanguíneo.
4.-Entender la importancia del calculo y la formulación matemáticas de los principios de la física, a través de su afectividad en la explicacion y predicción de fenómenos.
5.-Entender que las explicaciones de las teorías físicas se han elaborado en determinados contextos históricos.
6.-Sintetizar el manejo de datos de la observacion, utilizar gráficos, tablas y diagramas; apreciar su efectividad y utilidad en el análisis de tendencias.