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Presentación – Clase 1Principio Cero. Temperatura. Dilatación térmica.
Manuel Carlevaro
Universidad Tecnológica NacionalFacultad Regional Buenos Aires
Física IIZ-2071
Curso 2010
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Derecho de autor 2008 – 2010 Manuel CarlevaroAlgunos derechos reservados.
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Motivación para cursar Física II:
Contenidos
Forma / Metodología
¡Está en el plan de estudios!
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Información sobre el curso:
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Calendario de Google: incluido en el sitio web / suscripción
Sitio web oficial UTN - FRBA
Aulas virtuales: http://www.campusvirtual.frba.utn.edu.ar/homogeneo/(Asignatura: Física)
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Programa
1 Calor
2 Principios de laTermodinámica
3 Carga y campo eléctrico
4 Potencial eléctrico
5 Capacidad eléctrica ydieléctricos
6 Corriente eléctrica y circuitosde corriente continua
7 Campo magnético
8 Fuentes de campo magnético
9 Inducción magnética
10 Corriente alterna
11 Ecuaciones de Maxwell yondas electromagnéticas
12 Óptica Física: Interferencia
13 Óptica Física: Difracción
Primer parcial Segundo parcial
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Parciales:
2 Parciales / 2 Recuperatorios por parcialI Parcial 1: 7/oct. Rec. #1: 21/oct.I Parcial 2: 18/nov. Rec. #1: 25/nov.I Rec. #2 (parciales 1 y 2): febrero/2011.
2 horas / 5 problemas
Calificación de problemas: B (B−), R (R−), M.
Aprobación: 3 B o 2 B y 2 R.
Condición de Alumno Regular1 Aprobar ambos parciales/recuperatorios
2 Aprobar los TPs (7/sep., 28/sep., 26/oct. y 16/nov.)
3 Asistencia
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Bibliografía:
F. W. Sears, M. W. Zemansky, H. D. Young, R. A. FreedmanFísica Universitaria con Física Moderna, vol. 1 y 2.Pearson Educación, undécima edición. México, 2005.
P. A. Tipler, G. MoscaFísica para la ciencia y la tecnología, vol. 1 y 2.Reverté, 5ta Edición. España, 2005.
F. W. Sears y M. W. ZemanskyFísica General.Aguilar S. A. de Ediciones, Madrid, 1975.
Resnick y D. HallidayFísica, partes 1 y 2.Companía Editorial Continental S. A. , Mexico, 1986.
Guías de problemas:Guía de Problemas - 2003 - BF1CP10
Guía de Problemas de Calor y Termodinámica, Corriente Alterna, ÓpticaOndulatoria - 2006 - BF1CP11
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Sugerencias
Tomar notas a mano: es un compromiso activo, ayuda a la transferencia deinformación de la memoria de corto plazo a la de largo plazo.
Resolver problemas: a) estudiar el libro, b) trabajar el problema sin mirar“ayudas”, c) comparar el enfoque (no solo la respuesta) con el libro. Loimportante es el método, no el resultado final.
Trabajar en grupo: Resolver problemas, discutir planteos, comparar resultados.
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Sistemas termodinámicos
Sistema
Medio ambiente
Límite del sistema
SistemaCantidad de materia o región delespacio elegida para estudio:
Cerrado: No hay intercambiode masa con el medioambiente.
I Aislado: No hay intercambiode energía con el medioambiente.
Abierto: Hay intercambio demasa/energía con el medioambiente.
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Sistemas termodinámicos
Enfoque macroscópico Enfoque microscópico
Termodinámica Mecánica Estadística
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Propiedades termodinámicas
Propiedad de un sistema es alguna característicaque permite describir el comportamiento delmismo. Tiene un único valor cuando el sistemaestá en un estado particular, y no depende de losestados previos por los que pasó el sistema.
Ejemplos:
Presión (p)
Temperatura (T )
Volumen (V )
masa (m)
Viscosidad
Conductividadtérmica
Módulo deelasticidad
Coeficiente deexpansión térmica
Resistividadeléctrica
Velocidad
Altura
etc.
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Propiedades termodinámicas
Propiedades
Intensivas: Independientes de la tamaño delsistema (T , p, ρ)
Extensivas: Dependen de la masa o tamañodel sistema (m, V )
Específicas: Propiedades extensivas porunidad de masa (v = V/m)
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Temperatura y equilibrio térmico
Hierro90°C
Cobre90°C
Hierro150°C
Cobre20°C
Flujo de calor desdeel cuerpo máscaliente al más frío.
La transferencia sedetiene cuandoalcanzan la mismatemperatura.
Equilibrio térmicoDos sistemas están en equilibrio térmico si y solo si tienen la misma temperatura.
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Principio Cero de la Termodinámica
SistemaA
SistemaB
SistemaC
Aislante
Conductor
TA = TC y TB = TC
SistemaA
SistemaC Aislante
Conductor
SistemaB
TA = TB
Principio Cero de la TermodinámicaSi A y B están, separadamente, en equilibrio térmico con un tercer cuerpo C,
entonces A y B están en equilibrio térmico entre sí.
C puede funcionar como termómetro.
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Propiedades termométricas
Pared delgada
de vidrio
Tubo capilar
Líquido (Hg)
Altura de Hg (L)
Manómetro
Botella de
gas a volumen
constante
Presión del gas (p)
Resistencia eléctrica (R)
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Termómetros
Medida de la temperatura:
T (X) = aX,X: propiedad termométrica
T (X1)
T (X2)=X1
X2
Punto fijo patrón→ Punto triple del agua: 273,16 K
T (X)
T (Xtr)=
X
Xtr
Para todos los termómetros: T (Xtr) = 276,16 K
T (X) = 273,16KX
Xtr
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Termómetros
Ejemplo: Cierto termómetro de resistor de platino tiene una resistencia R de 90,35 Wcuando el bulbo se coloca en una celda de punto triple de agua. ¿Cuál será latemperatura que indicará el termómetro si el bulbo se coloca en un medio ambiente talque su resistencia eléctrica es de 96,28 W?
T (X) = 273,16KX
Xtr
= 273,16K96,28
90,35
= 291,1K
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Termómetro de gas a volumen constante
T (P ) = 273,16KP
Ptr
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Termómetro de gas a volumen constante
R. Resnick, D. Halliday y K. Krane. Física Vol. 1. Compañia Editorial Continental,México (2001).
Escala de temperaturasdel gas ideal :
T (P ) = 273,16K lımPtr→0
P
Ptr
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Escalas de temperatura
°C K °F R
273,16
0‒273,15
32,02
‒459,67 0
491,69
Puntotriple delagua
Ceroabsoluto
0,01
Kelvin Celsius
K = C + 273,15
C = K − 273,15
Celsius Farenheit
C =5
9(F − 32)
F =9
5C + 32
Rankine Farenheit
R = F + 459,67
F = R− 459,67
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Dilatación térmica
Amplitud de vibración ≈ 10−9 cmFrecuencia de vibración ≈ 1013 Hz
Dilatación lineal:
∆L = αL0 ∆T
Ejemplo: video.
Dilatación superficial:
∆S = 2αS0 ∆T
Dilatación volumétrica:
∆V = 3αV0 ∆T
= β V0 ∆T
Esfuerzo detensión/compresión:
F
A= Y α∆T
Y : módulo de Young.
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Dilatación térmica
Ejemplo: Los remaches de aluminio que se utilizan en la construcción de aviones sefabrican ligeramente más grandes que los orificios en los que se colocan, y se enfríancon “hielo seco” (CO2 sólido) antes de colocarlos. Si el diámetro del orificio es 4,50mm, ¿cuál debería ser el diámetro del remache a 23,0 °C, si su diámetro es igual al delorificio cuando el remache se enfría a −78,9 °C, la temperatura del hielo seco?α = 2,4× 10−5 °C−1.Sea d0 el diámetro a −78,9 °C y d el diámetro a 23,0 °C.
d = d0 + ∆d
= d0 (1 + α∆T )
= (0,45cm)(1 + 2,4× 10−5°C−1 [23,0°C− (−78,9°C)])
= 0,4511cm = 4,511mm
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Problemas y lecturas sugeridas
Problemas:
BF1CP11: Problemas 1 – 5 y 7
Lecturas sugeridas:
R. Resnick y D. HallidayFísica, parte 1Companía Editorial Continental S. A. , Mexico, 1986.Capítulo 21
F. W. Sears y M. W. ZemanskyFísica GeneralAguilar S. A. de Ediciones, Madrid, 1975.Capítulo 15
M. Zemansky y R. DittmanCalor y TermodinámicaMcGraw-Hill, Mexico, 1985.Capítulo 1
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