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TERMOMETRA
COLEGIO DE CIENCIAS LORD KELVIN 4toAo Secundaria FSICAAo Secundaria
1 ENERGA TERMICA O INTERNADe acuerdo con la teora cintica, todos los cuerpos estn hechos de pequeaspartculas llamadas molculas. Ests molculas estn en constante movimiento
e interaccionan unas con otras cuando estn cerca.
En un slido (fgura A):Las molculas se encuentran vibrando alrededor deun punto !o, pero no pueden cambiar de posici"n debido a la atracci"nmolecular que mantiene su volumen # su $orma
En un lquido(fgura B):Las molculas tambin se encuentran vibrando, peroadems, se trasladan o cambian de posici"n. Las $uer%as de atracci"n son demenor intensidad que en los s"lidos, por eso conservan su volumen, ms no su$orma.
En un gas (fgura C):Las molculas estn mu# espaciadas, se trasladan a&randes velocidades. La $uer%a de atracci"n prcticamente desaparece, # poresto, los &ases no conservan ni su volumen, ni su $orma.
'olculas en un s" lido 'olculas en un lquido 'olculas en un &as
A ! C
En los dia&ramas observamos que las molculas de os s"lidos, lquidos # &asesestn en movimiento (a&itaci"n molecular) constante # que ademsinteraccionan entre ellas.
*i las molculas se mueven, disponen de ener&a cintica. *i las molculas interaccionan entre si, disponen de ener&a potencial.
La energa trmica es la energa total de un objeto, es decir, lasuma de las energas cintica !otencial de sus molculas"
" TEM#ERAT$RALa cantidad que nos dice que tan caliente o qu tan $ro est un ob!eto es latemperatura, esta temperatura est asociada con el movimiento de las
molculas que componen el ob!eto. *i un ob!eto se calienta aumentmovimiento molecular # por consi&uiente aumentar tambin su temperat*i un ob!eto se en$ra disminu#e el movimiento molecular # su temperatambin disminuir, por tanto+
La tem!eratura mide el grado de agitacin molecular !romedio quesu interior tiene un objeto, es decir, mide la energa cintica !romede traslacin de sus molculas"
Debemos hacer notar la di$erencia que ha# entre la ener&a cintica total demolculas # la temperatura (ener&a cintica promedio de traslaci"n).
ara aclarar esta di$erencia emplearemos un baldes # una ta%a, ambos a&ua a -0
-0/
-0/
a%*i ambos estn a la mismatemperatura (-0), en elbalde # en la ta%a ha# lamisma ener&a cinticamolecular promedio etraslaci"n.
&% 1 pesar de que ambos estna la misma temperatura(-0), en el balde ha# msener&a cintica molecular(total), porque ha# msmolculas que en la ta%a.
La tem!eratura no de!ende del tama#o del objeto, !orque es un $a!romedio"
' MEDICION DE LA TEM#ERAT$RALa temperatura suele determinarse midiendo al&2n cambio $sico quemaniesta en los ob!etos cuando vara la temperatura por e!emplo, la maparte de las sustancias se dilata cuando aumenta la temperatura. En al&uterm"metros se aprovecha la dilataci"n del mercurio, que ha# en su intepara medir la temperatura de los ob!etos.
%n termmetro es un dis!ositi$o que, !or medio de cierta escala,em!lea !ara medir la tem!eratura"
4 ESCALAS TERMOMETRICASn term"metro com2n mide la temperatura mostrando la e5pansi"n contracci"n de un lquido (mercurio o alcohol) que se encuentra en un tubo
S4FI32B &El nue$o smbolo de una buena educacin"""' S4FI32B &El nue$o smbolo de una buena educacin"""'
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(capilar) de vidrio provisto de una escala. Entre las di$erentes escalas podemosmencionar+41 E(ca)a Ce)(iu(*
Es la escala ms usada, asi&na el 0 a la temperatura de con&elaci"n dela&ua # el 600 a la temperatura de ebullici"n del a&ua (a la presi"natmos$rica normal). El intervalo de 0 a 600 se divide en 600 partes #cada parte se denomina &rado elsius ().
4" E(ca)a Fa+ren+eit*sada com2nmente en Estados nidos, asi&na el 378 a la temperatura de
con&elaci"n del a&ua # el 7678 a la temperatura de ebullici"n del a&ua ala presi"n se una atm"s$era.
elacin entre las escalas Celsius a*ren*eit
600.
9
0 .
98
767.8
37.8
elsius 8ahrenheit*ean 9 # 98 las lecturas de
la misma temperatura.Establecemos laproporcionalidad entre losse&mentos+
67767
379
0600
09 8
=
6:0
37
600
= FC TT
;
37
L0 en la primera ecuaci"n podemos hallar lalon&itud nal (L8) de la barra.
L8C L0BL09L8B L0L09
)6(0 TLLF +=
-" Di)ataci.n Su0ercia) /A%*
1o
98 18
1
9oLa dilataci"n supercial es
e5actamente anlo&a a ladilataci"n lineal. El cambio de rea1 ser proporcional al rea inicial10# al cambio de temperatura 9.
TAA = 0
+ coeciente de dilataci"n
supercial de i&ual modo se halla lasupercie nal 18+
)6(0 TAAF +=
-' Di)ataci.n Vo)u2etrica /V%*
o
98
9o
8
El cambio de volumen ser proporcional al volumen inicial0 # al cambio de temperatura 9.
TV V = 0
+ coeciente de dilataci"nsupercial de i&ual modo se halla la
supercie nal 18+)6(0 TVVF +=
3 VARIACION DE LA DENSIDAD /% CON LA TEM#ERAT$RAuando calentamos un ob!eto, su masa (m) permanece prcticamconstante, pero, como aumenta su densidad () debe disminuir
Demostraci"n+
La densidad inicial es+o
oV
m=
1l calentar la densidad nal ser+F
FV
m=
ero+ 8BA (69) Lue&o+T
oF
+=
6
T
oF
+=
6
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La maora de objetos, al ser calentados,disminuen de densidad, $ice$ersa"
#RCTICA DE CLASE
51 FEn una $ra maana se in$orma que la temperatura es de
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CALORI
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151 70 el volumen de una lata de cobre (B6,?60C
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1 CALOR*uando tocamos un ob!eto caliente, entra ener&a a nuestras manos porque elob!eto est ms caliente que nuestras manos. ero si tocamos un cubo dehielo, nuestras manos cedern ener&a al hielo porque est ms $ro.Abservamos que, la ener&a se est transmitiendo de la sustancia caliente a lasustancia ms $ra, esta ener&a que se transmite se denomina calor.
En el dia&rama si tocamos el hielo +
cuerpo caliente (manal $ro (hielo)
0/
GOELA
El calor se transmite d
3?/ N
La mano pierde ener&ainterna en $orma de calor (Q).
El calor (Q) se almacena en elhielo, no como calor, sino comoener&a interna.
" TRANSFERENCIA DE CALOREl calor es una $orma de ener&a en trnsito que se puede propa&ar de tresmodos+ por conducci"n, por convecci"n # por radiaci"n.
"1 #OR COND$CCI;N*i colocamos el e5tremo de una barra metlica en una llama ($ue&o), alcabo de unos instantes, el calor se habr e5tendido en toda la barra queser di$cil sostenerla. El calor se ha transmitido a travs del metal porconducci"n.
@
0 1L A
Los cuerpos s"lidos metlicse calientan por AKDOP
El calor de la llama incrementa, en el e5tremo de la barra, la a&itamolecular que se va e5tendiendo pro&resivamente a lo lar&o de todbarra.
"" #OR CONVECCI;N*i colocamos un recipiente con a&ua en la estu$a, las molculas decapas in$eriores de a&ua se calientan disminu#endo su densidad, # siems livianas ascienden a la supercie de!ando su lu&ar a las capas $De este modo se establecen Qu!os de a&ua caliente hacia ar
transmitindose el calor por AKEOPK.Las molculas calientes del a&ua suben # de!an su lu&ar a las molc$ras que ba!an.
lquido
"' #OR RADIACI;NLa supercie de nuestro planeta se calienta con la ener&a que viene*ol # comprobndose que entre la 9ierra # el *ol, ms all datm"s$era, no ha# materia, entendemos que la ener&a que viene dese propa&a a travs del vaco, a tal transmisi"n se denomina @1DO1OPsucede por medio de ondas electroma&nticas.La enorme cantidad de calor recibida en la 9ierra es transportadaondas electroma&nticas.
electroma&nticaEl sol irradia ondas
radiaci"n
uando nos acercamos a una $o&ata, el calor que lle&a hasta nosotrotransere por radiaci"n.
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El calor (Q) es la ener&a que se transmite de un cuerpo a otro.
*olamente a causa de una di$erencia de temperaturas. *iempre se
La sustancias no contienen ni almacenan calor, pero si contienen #almacenan ener&a interna. Esta ener&a puede cambiar cuando la
sustancia cede o absorbe calor.
Los lquidos # los &ases se calientan principalmente por convecci"n.
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radiaci"n
9odos los ob!etos estn continuamente emitiendo ener&a radiante. 1 ba!astemperaturas, la tasa de emisi"n es pequea, pero se incrementa
rpidamente con un aumento de temperatura.
' $NIDADES DE LA CANTIDAD DE CALOR
'1 LA CALORA /ca)% * *e dene como la cantidad de calor que se requierepara elevar la temperatura de un &ramo de a&ua en 6/.
B
6 calora 6 & de a&ua
76/
6 & de a&ua
70/
9ambin se usa un m2ltiplo la &ran calora o ilocalora su smbolo es =calo tambin se representa con al (con ma#2scula).
6cal B 6000 cal
4 CALOR ES#ECFICO /c% *9ambin es llamada capacidad calorca especca.
9odos sabemos que el a&ua caliente demora en en$riarse, mientras que untro%o caliente de hierro se en$ra rpidamente, as tambin se sabe que tomams tiempo calentar el a&ua que calentar un tro%o de hierro. Las sustanciasque demoran en ser calentadas.
*i para cambiar en 9 la temperatura de una masa mde una sustancia stiene que suministrar una cantidad de calor Q, el calor especco ser +
9m
Nc
=
De la denici"n anterior se puede concebir que+
De la denici"n del calor especco, deducimos la ecuaci"n que calculcantidad de calor (Q) suministrada a una masa (m) para que su temperavare en T:
9mcN =
en esta ecuaci"n, las unidades com2nmente usadas son +
m c T Q
&Cg
cal
/ cal
alores especcos de al&unas sustancias
*ustanciac(calM&
/) *ustanciac(calM&/
)1luminio 0,77 1lcohol etlico 0,
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*i queremos medir la temperatura del a&ua caliente de una ta%a, colocamos elterm"metro ($ro) # lo que en realidad mide el term"metro, es la temperaturade la me%cla+ a&ua > term"metro.
B
me%cla$ro
term"metrocaliente
a&ua
n term"metro debe ser lo bastante pequeo para no alterar de maneraapreciable la temperatura de la sustancia por medir.
De acuerdo con la conservaci"n de la ener&a, el calor que &ana el cuerpo $rodebe ser i&ual al calor perdido por el cuerpo caliente.
alor &anado B alor perdido
#RCTICA DE CLASE
51Fuanto calor necesitas para elevar 6
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a) 4:00cal b) 4-00cal c) 4400cal d) 4700cal e) 400cal
15*i al caer una man%ana de 600&, desde una altura de
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1 CAM!IO DE FASELas sustancias que nos rodean se presentan normalmente en tres $ases
(estados)+ s"lido, Lquido # &aseoso. Estas sustancias pueden cambiar de una$ase a otra. or e!emplo, si a un cubo de hielo le suministramos suciente calor,veremos que, el hielo $unde trans$ormndose al estado lquido+ a&ua. *ise&uimos aadiendo calor, el a&ua hervir # se convertir en vapor. Loscambios de $ase reciben nombres especiales+
LONODA
1A@OU1OAK
1A@
*VLO'1OAK@EJ@E*O1
8*OAK
*ALODO8O1OAK*ALODA
AKDEK*1OPK
*VLO'1OAK
" F$SION = SOLIDIFICACI;N"1 #unto de Fu(i.n o Te20eratura de Fu(i.n
*i calentamos &radualmente un tro%o de plomo se observar que en ciertomomento comien%a a $undirse (derretirse) midiendo la temperatura enese momento comprobaremos que la temperatura, mientras se derrite,
siempre es de 37?. odemos se&uir calentando, derretirse todo el pl# elevar la temperatura hasta 400 o ms. *i de!amos en$riar el pl$undido, despus de cierto tiempo, empe%ar a solidicarse si se midtemperatura de solidicaci"n se encontrar que la temperatura vuelvser 37?. si repetimos la e5periencia suceder lo mismo.Lo mismo suceder con un tubo de hielo se $undir a 0, # colocaa&ua en la nevera se con&elar (solidicar) tambin a 0.
GOELA
1J1
0.
0.
la temperatura de $usi"n es i&a la temperatura de solidicaci"n
(9 )8(9 )*
1 la presi"n de una atm"s$era (nivel del mar) el hielo se $unde a 0tambin se solidica a 0.
9emperaturas o punto de $usi"n de al&unas sustancias+
'ercurio IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII...C3;Gielo IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII0arana IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII.
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9odos los cambios de $ase como la $usi"n, se reali%an suministrandoener&a, cu#a acci"n consiste en separar las molculas de las sustanciaque va a cambiar de $ase.
En $orma de Ecuaci"n sera+
m
QLF =
N+ alor sumistradom+ masa que cambia la
$ase
En el caso de hielo. ara derretir un &ramo de hielo, que esta a 0. serequiere :0cal.
0 0
6 & de hielo a 0 :0 cal 6 & de a&ua a 0
ara el hielo+ L8B:0calM&alores latentes de $usi"n de al&unas sustancias+lomoIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII.......
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En la ebucllici"n lavapori%aci"nse produce en toda lamasa
La ebullici"n es un proceso rpido de vapori%aci"n, # mientras sucede latemperatura (de ebullici"n) permanece constante.
ada lquido tiene su respectiva temperatura de ebullici"n
'' Di@erencia( entre )a E&u))ici.n ? La E,a0oraci.n La ebullici"n sucede en toda la masa del lquido, mientras que la
evaporaci"n, solamente en la supercie. La ebullici"n se da a una temperatura especial, que depende de la
presi"n # del tipo de lquido, mientras que la evaporaci"n se maniesta acualquier temperatura.
La ebullici"n es una vapori%aci"n brusca, la evaporaci"n es lenta.
'4 Ca)or )atente de Va0oriaci.n /LV%*i colocamos el term"metro, mientras hierve el a&ua, al nivel del mar,
observamos que la temperatura se estabili%a en 600.
N
100C El a&ua hierve cuando lapresi"n de su vapor saturado es i&uala la presi"n e5terior.
ara que si&a adelante laebullici"n, es necesario suministrar allquido cierta cantidad de calor (Q).
En $orma de ecuaci"n ser+
m
QLV =
Q: alorsuministrado m+ masa quevapori%a
En el caso del aBua, para vapori%ar un Bra2o de aBua que es600 (punto de ebullici"n), se requiere
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51En dos dep"sitos idnticos ha# a&ua a di$erente temperatura. FEn qu dep"sitola evaporaci"n ser ma#orH
a) en 1 b) en V c) i&uales d) no evaporan e) K.a
5"FDe una nevera se e5trae 30& de hielo a 0. Galle el calor necesario paraderretido, en cal.
a) 7000 b) 7400 c) 7:00 d) 3700 e) 3-00
5'FNu calor se requiere para derretir
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GASES
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19FNu cantidad de hielo se derrite cuando un tro%o de hierro de 7&, sacado deun horno a 400, se coloca sobre un bloque &rande de hielo que est a 0H.El calor especco del hierro es 0,66calM&.
a) 6000& b) 6600& c) 6700& d) 6300& e) 6400&
1:Funtos &ramos de a&ua hirviendo se debe me%clar con 60& de hielo a 0,para obtener una temperatura de equilibrio de 40H
a) 73 . Galle la presi"n manomcuando la temperatura sea 77? .
a) -00 =a b) ?00 =a c) :00 =a d) ;00 =a e) 6000 =a
5- ierto &as, en un cilindro con pist"n desli%able, se encuen7? . # a una presi"n absoluta de 400 =a. @educiendo la presi"n a 600 FGasta qu temperatura se debe calentar el &as de modo que ocupevolumen : veces ma#orH
a) -00 = b) :00 O= c) ?00 = d) 400 = e) 700 =
53 inco litros de &as a una presi"n absoluta de 700 =a # atemperatura de 700 = se calientan uni$ormente hasta
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a) < L b) 60 L c) 6< L d) 70 L e) 7< L
5' FNu volumen de aire a la presi"n atmos$rica puedealmacenarse en un tanque de 0,7 m3 que puede soportar una presi"n absolutade 400 =aH
a) 0, 7 m3 b) 0, 4 m3 c) 0, - m3 d) 0, : m3 e) 6, 0 m3
54 La presi"n absoluta en el interior de una llanta es de 6;0 =acuando la temperatura es de 6? . *i en un via!e el aire en el interior de lallanta se calienta hasta los 73 , halle su nueva presi"n absoluta si seconsidera que el volumen de la llanta no vara.
a) 7-- =a b) 7?- =a c) 7:- =a d) 7;- =a e) 30- =a
5- Galle la temperatura absoluta del espacio e5terior si estapro5imadamente a > 7?0 .
a) > 7?0 = b) 0 = c) 3= d) 60 = e) 7?0 =
53 ierta cantidad de hidro&eno se encuentra a la temperaturade 700 = # a la presi"n absoluta de 400 =a. El &as se calienta hasta latemperatura de
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TERMOD
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19 na llanta de autom"vil es llenada a la presi"n manomtricade 700 =a cuando la temperatura es de 7? . Despus de corre a altavelocidad la temperatura de la llanta se elev" a 3
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El proceso termodinmico viene a ser la secuencia de estados quesi&ue el &as, desde un estado inicial hasta otro estado nal.
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54 S$STANCIA DE TRA!A6O*uando el calor es trans$ormado en traba!o, vemos que el calor espreviamente entre&ado al &as. El &as, es pues, la (u(tancia de tra&ao quepermite esta trans$ormaci"n.Las sustancias de traba!o que se emplean en un proceso termodinmico son+
a) apor de a&uab) ombustiblec) Jases ideales
En este captulo nos encar&aremos del estudio de la termodinmica de los&ases ideales.
5- GASES IDEALES O #ERFECTOS*
*on aquellos &ases en los cuales se tienen las si&uientes consideracionesideales+
a) *us molculas tienen dimensiones propias despreciables.b) *us molculas no interact2an entre si.c) *us molculas chocan elsticamente contra alas paredes del recipiente.
53 ESTADO TERMODINMICO*
ara un &as ideal, el estado termodinmico es una situaci"n especca del &asdenida por sus propiedades termodinmicas, estas propiedades son+
a) La presi"n absoluta ()b) El volumen ()c) La temperatura absoluta (9)
(T; V; P)
V
T
P
Estas propiedades del &as ideal se relacionan con la ecuaci"n de estado+
n@9E =
+ presi"n absoluta (KMm7) + volumen (m3)
9 + temperatura absoluta (=)
K + moles de &ases ideal (mol)@ + constante universal de losa &ases ideales+
=.molX36,:@=
De la ecuaci"n de estado B n@9 obtenemos la ecuaci"n &eneral de los &ase
RnT
PV =
onstant9
=
58 #ROCESO TERMODINMICO*uando un &as ideal es llevado desde un estado inicial (0) hasta un estado (8) pasa por una secuencia de estados intermedios lue&o+
A
roceso termodinmico desde A has
8
o
8
8o
En cualquier proceso termodinmico se puede usar la ecuaci"n &eneral de&ases+
8
88
9
9
=
E5iste una &ran cantidad de procesos termodinmicos, pero los
importantes son+
81 #ROCESO IS;CORO O ISOMTRICO*Es aquella secuencia de estados en la cual el volumen del &as permanconstante.
S4FI32B &El nue$o smbolo de una buena educacin"""' S4FI32B &El nue$o smbolo de una buena educacin"""'
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F
O
+ constante
P
8
oV
En el plano C el proceso Os"coro se representa con una recta vertical.8" #ROCESO ISO!RICO*
Es aquel proceso en el cual la presi"n del &as permanece constante.
8A
+ constante
8o
En el plano C, el proceso isobrico se representa con una recta hori%ontal.
8' #ROCESO ISOTRMICO*Este proceso se caracteri%a porque la temperatura del &as permanece
constante.
8
A
9 + constante
8
o
8o
En el plano C el proceso isotrmico se representa mediante unahiprbola equiltera.
84 #ROCESO ADIA!TICO*En este proceso el &as no recibe ni cede calor al medio ambiente.
8
A
N B 0
8o
8
o
En el plano Y, el proceso adiabtico es seme!ante a una isotr
pero, con ma#or inclinaci"n.
59 TRA!A6O DE $N GAS*En el dia&rama se muestra un &as ideal encerrado en un cilindro con pis(tapa) m"vil. *i calentamos el &as encerrado veremos que se ddespla%ando # reali%ando traba!o sobre el pist"n.
J1*
N
El traba!o que el &as e!erce sobre el pist"n se debe a+ a) La presi"n del &as () sobre el pist"n. b) ambio de volumen () del &as.
5: CALC$LO DEL TRA!A6O DEL GAS*La $orma ms sencilla para calcular el traba!o de un &as es conociendproceso en el plano C.
A
proceso
En cualquier proceso termodinmico se cumple que+9raba!o B Zrea
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En el plano C, el traba!o que produce un &as, es i&ual al rea (1)deba!o del proceso.
H A
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:1 TRA!A6O DE $N GAS EN EL #ROCESO IS;CORO*En un dia&rama C, el proceso is"coro se presenta mediante un procesovertical # vemos que no ha# rea deba!o del proceso A8.
8
AV
8
o
:" TRA!A6O DE $NGAS EN EL #ROCESO ISO!RICO*En un dia&rama C, el proceso i(o&Jrico se representa mediante unarecta hori%ontal. El traba!o del &as equivale al rea del rectn&ulo.
9raba!o B Zrea del rectn&ulo
W
8A
8o
:' TRA!A6O DE $NGAS EN EL #ROCESO ISOTRMICO*En el dia&rama C el proceso isotrmico se representa mediante unahiprbola. El traba!o del &as equivale al rea deba!o de la hiprbola.
El rea que se $orma deba!o de la hiprbola no se puede calcular con la&eometra elemental (observe que un lado es una curva), este tipo de rease calcula con la matemtica di$erencial e inte&ral. or esta ra%"n,escribiremos directamente la $"rmula.
9raba!o B Zrea deba!o de la hiprbola
=
nn@9[ 8
n + n2mero de moles de &as
@ + constante universal de los &ases ideales
9 + temperatura absoluta del &as
8 + volumen nal del &as
o + volumen inicial del &as
n + lo&aritmo neperiano
8
A
8o
[
15 ENERGA INTERNA DE $N GAS IDEAL /$% *
En un &as, las molculas estn mu# espaciadas unas de otras # tiesuciente ener&a para ser libres de cualquier atracci"n molecular, emolculas via!an con altas velocidades.
En un &as, las molculas se mueve&randes velocidades.
11 CARACTERSTICAS DE LA ENERGA INTERNA*
111 En un &as caliente, las molculas se mueven con ma#or intensque cuando est $ro. En los &ases calientes ha# ms ener&a interna.
S4FI32B &El nue$o smbolo de una buena educacin"""' S4FI32B &El nue$o smbolo de una buena educacin"""'
En un proceso ISCORO, el &as no produce traba!o, por no habervariaci"n de volumen.
H 5
[ B (8> o)
En un &as, la ener&a interna () se debe principalmente a la traslaci"nde sus molculas.
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Jas $ro menos ener&a interna.1
Jas caliente ma#or ener&a intern"
11" *i la temperatura del &as permanece constante (proceso isotrmico) elmovimiento de las molculas conserva su intensidad # la ener&ainterna permanece constante.
1" #RIMERA LE= DE LA TERMODINMICA*uando suministramos calor (N) a un &as podemos observar que sutemperatura aumenta # que el &as se e5pande. De esto concluimos que+a) *i la temperatura varia (9), podemos decir que varia su ener&a interna().b) *i el &as se e5pande (5), reali%a traba!o ([) sobre el pist"n.
N
GAS
x9
'atemticamente+
#RCTICA DE CLASE
51 En cierto proceso, un &as ideal recibe un calor de 640 X, Fen cunto vsu ener&a interna si este &as reali%a un traba!o de :0 XH
@pta. - +
5" n &as ideal se e5pande reali%ando un traba!o de 6:0 X mientras ced
calor de 40 X al medio ambiente. Galle la variaci"n de la ener&a interna&as.
@pta. 77 =
5' En un proceso isotrmico, un &as ideal e$ect2a un traba!o de 370Funto calor se ha suministrado al &asH
@pta. 370N =
54 n &as ideal se e5pande adiabaticamente reali%ando un traba!o de 4X. FEn cunto vara su ener&a internaH
@pta. 430 =
5- La ener&a interna de un &as ideal aumenta en :
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58 Dos moles de un &as ideal se e5panden isotermicamente a la temperuaturade 300 = variando su volumen desde 3m6
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a) 600 X b) 660 X c) 670 X d) 630 X e) 640 X
1' En el proceso isobrico que se muestra la ener&a interna del &as idealaument" en 300 X. alcule el calor suministrado al &as.
0, 3
0, ?
?00
( m )3
0
( a )
a) 4:0 X b) se muestra un proceso isotrmico se&uido por 7 moles de
cierto &as ideal. Las armaciones ciertas son ?,07n =
9 B se muestra un proceso isotrmico . Las armaciones cie
son+
V
1
0
O. Las ener&as internas en 1 # V son i&ualesOO. De 1 hacia V el &as no hace traba!oOOO. Las temperaturas en 1 # V son di$erentes.
a) O b) OO c) OOO d) O # OOKin&una
"5 En cierto proceso, la cuarta parte del calor suministrado sirvi" aumentar la temperatura del &as, mientras produca un traba!o de 7 ?0alcule este calor suministrado.
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a) 3600 X b) 3700 X c) 3400 X d) 3-00 X e) 3:00 X
TAREA DOMICILIARIA
51 La termodinmica estudia las trans$ormaciones
a) del calor en ener&a interna b) de la ener&a interna en calor
c) del traba!o en calor d) del calor en traba!oe) del traba!o en ener&a interna
5" on respecto a las molculas de un &as ideal podemos armar que+
O. K se mueven OO. Ko interaccionan entre s OOO. chocan elasticamente
a) O b) OO c) OOO d) O # OO e) OO# OOO
5' El proceso termodinmico en el cual el &as no recibe ni cede calor se llama+
a) is"coro b) is"baro c) isotrmico d) adiabtico e) K.a
54 F"mo se llama el proceso termodinmico que, en el plano > , serepresenta mediante una hiprbola equilteraH
a) is"coro b) is"baro c) isotrmico d) adiabtico e) K.a
5- *eleccione la verdad ( ) o $alsedad ( 8 ) de las si&uientesarmaciones+
O. En el proceso isotrmico la temperatura del &as permanece constante.OO. *i en el proceso, la presi"n del &as no vara, se denomina is"coro.OOO. En el proceso adiabtico, la temperatura del &as no cambia.
a) 8 b) 8 c) d) 8 8 e) 8 8 8
53En el plano > se muestra un proceso, el traba!o e este proceso es IIII..
o
a) postivo b) ne&ativo c) cero d) puede ser psitivo e) K.a
58 FEn qu proceso termodinmico el traba!o del &as es ceroH
a) is"coro b) isobrico c) isotrmico d) adiabtico e) cualquiera
59 De las si&uientes armaciones, Fules son ciertasH
O. La ener&a interna de un &as se debe al movimiento de sus molculas.OO. *i aumenta la temperatura del &as, aumenta su ener&a interna.OOO. En un &as $ro ha# menos ener&a interna.
a) O # OO b) O # OOO c) OO # OOO d) solamente O e) 9odas
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TERMOD
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I O!6ETIVOS ES#ECFICOS
1 Estudiar las mquinas trmicas # su respectiva ecacia.
" Establecer # brindar e!emplos que ilustren la comprensi"n de la se&unda le#de la termodinmica.
' onocer el ciclo de arnot # su aplicaci"n a las mquinas trmicas ideales.
II CICLO TERMODINMICO
n &as ideal e5perimenta un ciclo termodinmico, si despus de su$rir unasecuencia de procesos, vuelve a s estado inicial (A).Los ciclos termodinmicos pueden ser horarios # antihorarios
O
P
V
O
P
V
IIITRA!A6O EN $N CICLO TERMODINMICO
uando en el plano C se presenta un ciclo termodinmico observamos quesiempre encierra un rea.
Con(ideracione(*a) *i el ciclo es horario el b) *i el ciclo antihorario, eltraba!o neto es positivo traba!o neto es ne&ativo
O
P
V
A
W = A
O
P
V
W = A
A
#ro&)e2a 51.En un plano C se muestra el desarrollo de un ciclo termodinmico. alcutraba!o neto que produce el &as ideal.Re(o)uci.n*] En un ciclo termodinmico el traba!o neto del &as equivale al rea encierra el ciclo (trin&ulo)] omo el ciclo es horario, el traba!o se considera positivo.
[ B rea del trin&ulo ( 1 )
( ) ( )
7
:004,0[=
#ro&)e2a 5".sando el &rco C , halle el traba!oneto que reali%a el &as ideal en cada unode los ciclos.Re(o)uci.n*] El traba!o en cada ciclo equivale al reaque encierra el ciclo.
[ B rea del trin&ulo ( 1 )
[ B ( 0,< ) ( ;00)
IVM
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Las mquinas trmicas son aquellos aparatos que trans$orman la ener&atrmica (calor) en tra&aoEn el si&uiente dia&rama representamos los accesorios de una turbina(mquina) de vapor
Va'or a aa
're*i+n
Conden*ador,o$a
Turina
A-ua
Caldera-
Va'or a alta
're*i+nVa'or
De(cri0ci.n+CALDERA**on recipientes de hierro, en los cuales se hierve el a&ua para
&enerar vapor # enviarlo a la turbina.T$R!INA* Es un aparato &iratorio, constituido con paletas, en el cual laener&a trmica del calor, se trans$orma parcialmente en traba!o mecnico.CONDENSADOR*Es un recipiente en donde se condensa el vapor que see5pulsa de la turbina.!OM!A*9iene la $unci"n de enviar el a&ua del condensador a la calderaRe0re(entaci.n e(ue2Jtica de )a 2Juina tr2ica /Tur&ina%
N 1+ calor que viene de la caldera
[ + traba!o mecnico obtenido en laturbina
N V+ calor residual enviado al condensador
'ediante un balance de ener&a
obtenemos+
[ N VB N 1
IVEFICIENCIA / n % DE $NA M
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*1DO 1@KA9, !oven in&eniero $rancs $ue el primero que se interes" en hallarla m5ima eciencia basado en el punto de vista te"rico, arnot ide" un cicloideal (reversible) constituido por cuatro procesos dos procesos soni(otr2ico(# los otros dos adia&Jtico(
En el plano C , en el ciclo de arnot tiene la si&uiente $orma+
^ roceso
67 + e5pansi"n
isotrmica.
^ roceso 73
+ e5pansi"n
adiabtica.
^ roceso 34
+
compresi"n isotrmica
^ roceso 46
+ comprensi"n adiabtica
VII MUIMA EFICIENCIA DE $NA M
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-0 X b) > ?0 X c) > :0 X d) > ;0 X e) > 600 X
5- alcule el rendimiento de una mquina trmica ideal
traba!a entre las temperaturas de
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53 En una mquina trmica ideal su eciencia es de 0, -. Galle latemperatura del condensador, si la caldera est a :00 =
a) 300 = b) 370 = c) 340 = d) 3-0 = e) 3:0 =
58 Galle el rendimiento de una mquina trmica ideal cu#o $ococaliente tiene una temperatura, en elvins, que es el triple de la temperaturadel $oco $ro.
a) 4?T b)
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13 n motor arnot, cu#o $oco caliente est a ? , el rea que encierra el ciclo termodinmico equivatraba!o neto del &as.OO. En el plano > , u ciclo antihorario indica que el traba!o neto del &ane&ativo.OOO. En un ciclo termodinmico el estado inicial coincide con el estado nal.
a) 8 b) 8 c) 8 d) e) 8 8
5' Las mquinas trmicas son aparatos que trans$orman IIII en III
a) el traba!o > calor b) la $ricci"n > calorc) la ener&a > calor d) la ener&a > traba!oe) el calor > traba!o
54 En una mquina trmica a vapor, la caldera sirve para+
a) en$riar o condensar el vapor b) trans$ormar el vaporc) hervir el a&ua d) bombear el a&ua desdcondensadore) on&elar el a&ua
5- Ful de los si&uientes enunciados no est de acuerdo con la se&undade la termodinmicaH
a) Ga# $en"menos que espontneamente no suceden al revs.b) El calor se trasmite de un ob!eto caliente a uno $ro.c) 1l&unas mquinas trans$orman todo el calor en traba!o.d) Es imposible construir una mquina 600T eciente.
e) El calor nunca pasar espontneamente de un ob!eto $ro a uno caliente53 *eleccione con verdadero ( ) o $also ( 8 )
O. Las mquinas trmicas ideales son llamadas reversibles.OO. Las mquinas trmicas ideales obedecen el ciclo de arnot.
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OOO. on el ciclo de arnot se lo&ra el 600T de eciencia.
a) 8 b) c) 8 d) 8 e) 8 8
58 on respecto a las mquinas trmicas reales o irreversibles se puedenarmar que+
O. *on llamadas mquinas de arnotOO. tienen menor eciencia que las mquinas ideales.OOO. obedecen el ciclo de arnot.
a) O b) OO c) OOO d) O # OO e) OO# OOO
59 na mquina trmica es ideal cuando+
a) trans$orma todo el calor en traba!ob) lo&ra el 600T de ecienciac) lo&ra la eciencia de arnot d) no consume ener&ae) no disipa calor
SOL$CIONARIO
N7Eercicio( #ro0ue(to(
51 5" 5' 54 5- 53
51 V E V D D
5" V V V E
5' D E D V 1
54 V 1 D D D
5- E E V V53 D V 1 V
58 E V 1 V
59 V V V 1 D
5: 1 1 E 1 E
15 V D E V
11 E E V 1 D
1" V V V
1' V V V 1
14 1 1 D D 1
1- D D D V E
13 V V E D
18 D 1 E 1 19 V V 1 1 E
1: D V D 1 1
"5 D E E D E
GRUPO EDUCATIVO INT
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