FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA

CURSO FÍSICA II 2012Prof. Juan José Corace

CLASE V

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTENORDESTE

PRIMER PRINCIPIO DE LA PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICATERMODINAMICA

W

QE

CONCEPTOS VISTOS EN LA ULTIMAS CONCEPTOS VISTOS EN LA ULTIMAS CLASES…CLASES…

VOLUMEN VOLUMEN VOLUMEN ESPECIFICOVOLUMEN ESPECIFICODENSIDADDENSIDADPRESIÓNPRESIÓNENERGÍA INTERNA – TÉRMICAENERGÍA INTERNA – TÉRMICAPRINCIPIO CEROPRINCIPIO CEROTEMPERATURATEMPERATURALEYES DE LOS GASES IDEALESLEYES DE LOS GASES IDEALESECUACION DE ESTADO DEL GAS IDEALECUACION DE ESTADO DEL GAS IDEALCOEFICIENTES TERMODINAMICOS COEFICIENTES TERMODINAMICOS ECUACION DE ESTADO DEL GAS REALECUACION DE ESTADO DEL GAS REALFACTOR DE COMPRESIBILIDADFACTOR DE COMPRESIBILIDAD

.... LA PRIMERA LEY INTRODUCE EL CONCEPTO DE CONSERVACION DE LA ENERGÍA….

…ESTO INMEDIATAMENTE NOS LLEVA AL CONCEPTO DE ENERGÍA INTERNA DE UNA SUSTANCIA...

FORMAFORMA TIPOTIPO CONDICIÓNCONDICIÓN

ENERGÍA ENERGÍA SIN SIN

TRANSICIÓNTRANSICIÓN

POTENCIALPOTENCIALCINETICACINETICAINTERNA INTERNA

ELECTROMAGNETICAELECTROMAGNETICADEFORMACIÓNDEFORMACIÓN

QUIMICAQUIMICA

PROPIEDADES PROPIEDADES DEL SISTEMADEL SISTEMA

ENERGÍA EN ENERGÍA EN TRANSICIÓNTRANSICIÓN

TRABAJOTRABAJOCALORCALOR

NO SON NO SON PROPIEDADES PROPIEDADES DEL SISTEMADEL SISTEMA

DEPENDEN DEL DEPENDEN DEL PROCESOPROCESO

(SOLO SE PRESENTAN (SOLO SE PRESENTAN DURANTE EL DURANTE EL PROCESO)PROCESO)

FORMAS DE ENERGÍAFORMAS DE ENERGÍA

PROPIEDADESPROPIEDADESPROPIEDADES PROPIEDADES ►►►►INTENSIVASINTENSIVASPROPIEDADES PROPIEDADES ►►►► EXTENSIVAS EXTENSIVASPROPIEDADES PROPIEDADES ►►►► ESPECIFICAS ESPECIFICAS

PROPIEDADES PROPIEDADES ►►►► EXTERNAS EXTERNASPROPIEDADES PROPIEDADES ►►►► INTERNAS INTERNASPROPIEDADES PROPIEDADES ►►►► EXTRINSECASPROPIEDADES EXTRINSECASPROPIEDADES ►►►► INTRINSECAS INTRINSECAS

PROPIEDADES EXTERNAS: SON PROPIEDADES EXTERNAS: SON AQUELLAS CUYA VALOR DEPENDE DE AQUELLAS CUYA VALOR DEPENDE DE LA POSICIÓN EN EL ESPACIO, SON LA POSICIÓN EN EL ESPACIO, SON POR EXCELENCIA LA VARIABLE POR EXCELENCIA LA VARIABLE INDEPENDIENTE. INDEPENDIENTE.

EJEMPLO TÍPICO V (VOLUMEN)EJEMPLO TÍPICO V (VOLUMEN)

PROPIEDADES INTERNAS: SON EL PROPIEDADES INTERNAS: SON EL RESTO DE LAS VARIABLES RESTO DE LAS VARIABLES DEPENDIENTES….DEPENDIENTES….

PROPIEDADES EXTRINSECASPROPIEDADES EXTRINSECAS::

SON LAS PROPIEDADES O PARÁMETROS SON LAS PROPIEDADES O PARÁMETROS CUYO VALOR ES INDEPENDIENTE DE LA CUYO VALOR ES INDEPENDIENTE DE LA NATURALEZA DE LA SUSTANCIA QUE SE NATURALEZA DE LA SUSTANCIA QUE SE ENCUENTRA DENTRO DE LOS LIMITES DEL ENCUENTRA DENTRO DE LOS LIMITES DEL SISTEMA.SISTEMA.

EJEMPLOS: ENERGIA POTENCIAL GRAVITATORIA, Y EJEMPLOS: ENERGIA POTENCIAL GRAVITATORIA, Y ENERGIA CINETICA ENERGIA CINETICA

PROPIEDADES INTRINSECAS:PROPIEDADES INTRINSECAS: SON LAS PROPIEDADES CUYO VALOR SON LAS PROPIEDADES CUYO VALOR

DEPENDE DE LA NATURALEZA DE LA DEPENDE DE LA NATURALEZA DE LA SUSTANCIA QUE COMPONE EL SISTEMA.SUSTANCIA QUE COMPONE EL SISTEMA.

EJEMPLOS: PRESIÓN, TEMPERATURA, DENSIDAD, EJEMPLOS: PRESIÓN, TEMPERATURA, DENSIDAD, CARGA ELECTRICA, ETC...CARGA ELECTRICA, ETC...

CONCEPTOS BÁSICOSCONCEPTOS BÁSICOS

ENERGÍAENERGÍA: : LA CAPACIDAD DE UN SISTEMA DADO PARA PRODUCIR LA CAPACIDAD DE UN SISTEMA DADO PARA PRODUCIR EFECTOS FÍSICOS EXTERNOS AL SISTEMA…ALMACENADA EFECTOS FÍSICOS EXTERNOS AL SISTEMA…ALMACENADA O EN TRÁNSITO...O EN TRÁNSITO...

TRABAJOTRABAJO: : MECANISMO MEDIANTE EL CUAL SE TRANSFIERE LA MECANISMO MEDIANTE EL CUAL SE TRANSFIERE LA ENERGÍA, A TRAVES DE LA FRONTERA DE UN SISTEMA DE ENERGÍA, A TRAVES DE LA FRONTERA DE UN SISTEMA DE MODO ORDENADO Y/O MACROSCÓPICOMODO ORDENADO Y/O MACROSCÓPICO

CALOR:CALOR:ENERGÍA TRANSFERIDA A TRAVÉS DE LA FRONTERA DE ENERGÍA TRANSFERIDA A TRAVÉS DE LA FRONTERA DE UN SISTEMA DE MODO DESORDENADO Y/O UN SISTEMA DE MODO DESORDENADO Y/O MICROSCOPICOMICROSCOPICO

W

Q

im

sm

ENERGIAS EN TRANSITOENERGIAS EN TRANSITO

TRABAJO MECÁNICOTRABAJO MECÁNICO

WWMecMec = = ΔΕΔΕκκmcmc + + ΔΕΔΕpmcpmc

∫=2

1extmec dsFW

CONCEPTOS DE TRABAJO CONCEPTOS DE TRABAJO

KRF EW ∆= PC EW ∆−= MNC EW ∆=

TRABAJO: TRABAJO: MECANISMO MEDIANTE EL CUAL SE MECANISMO MEDIANTE EL CUAL SE TRANSFIERE LA ENERGÍA, A TRAVES DE LA TRANSFIERE LA ENERGÍA, A TRAVES DE LA FRONTERA DE UN SISTEMA DE MODO FRONTERA DE UN SISTEMA DE MODO ORDENADO Y/O MACROSCÓPICOORDENADO Y/O MACROSCÓPICO

EXISTE UNA INTERACCION ENTRE UN EXISTE UNA INTERACCION ENTRE UN SISTEMA Y SU ENTORNO SISTEMA Y SU ENTORNO

TRABAJO TRABAJO Mecánicamente el trabajo W se define como el Mecánicamente el trabajo W se define como el producto de una fuerza aplicada (F) y el producto de una fuerza aplicada (F) y el desplazamiento realizado (x): desplazamiento realizado (x):

∫=V

V

PdVW0

dx.FWmec =∂

Sd.PFd =

dx.S.PW =∂ dx.SdV =

CASO DE UN GAS EXPANSIONANDO CONTRA CASO DE UN GAS EXPANSIONANDO CONTRA UN PISTÓN MÓVILUN PISTÓN MÓVIL

0V

V

CONCEPTO BÁSICO: CONCEPTO BÁSICO: EL TRABAJO ES EL TRABAJO ES FUNCIÓN DE LA FUNCIÓN DE LA TRAYECTORIATRAYECTORIA

POR DEFINICIÓN EL POR DEFINICIÓN EL TRABAJO ES FUNCIÓN TRABAJO ES FUNCIÓN DE PROCESODE PROCESO

δW = diferencial inexacta δW = diferencial inexacta

EN EL CASO DE UNA COMPRESIÓN:EN EL CASO DE UNA COMPRESIÓN:- dV = A.dx- dV = A.dx

δW = - PδW = - Pextext.dV .dV

EL TRABAJO EN TERMODINÁMICA SE EL TRABAJO EN TERMODINÁMICA SE PUEDE DEFINIR COMO LA ENERGÍA PUEDE DEFINIR COMO LA ENERGÍA TRANSFERIDA ENTRE UN SISTEMA Y SU TRANSFERIDA ENTRE UN SISTEMA Y SU ENTORNO ENTORNO POR MÉTODOS QUE NO POR MÉTODOS QUE NO DEPENDEN DE LA TEMPERATURADEPENDEN DE LA TEMPERATURA..

LA ENERGÍA SE TRANSFIERE LA ENERGÍA SE TRANSFIERE MEDIANTE FUERZAS QUE EJERCE EL MEDIANTE FUERZAS QUE EJERCE EL SISTEMA SOBRE EL ENTORNO Y SISTEMA SOBRE EL ENTORNO Y VICEVERSA.VICEVERSA.

EJEMPLOS DE TRABAJO :

● ELÉCTRICO

● DE UN EJE ROTANDO

EN UN RESORTEEN UN RESORTE QUIMICOQUIMICO

τd.I.VWELC =∂ θdTWEJE ⋅=∂

)xx(d21W 2

122ELAS −⋅=∂ ζ dnWQUIM ∑=∂ µ

OTROS TRABAJOS CUASIESTÁTICOS:

● ESTIRAMIENTO

● MAGNETICO

EN UNA CELDA EN UNA CELDA VOLUMENVOLUMEN

dL.WEST τ−=∂ dMWMAG ⋅−=∂ ϑ

dZWCELDA ⋅−=∂ ε dVPWEXP ⋅=∂

.....dMdZdLdVPW ϑετ −−⋅−⋅=∂

RESUMIENDO: EN GENERAL EL TRABAJO CUASIESTÁTICO RESUMIENDO: EN GENERAL EL TRABAJO CUASIESTÁTICO SE LO PUEDE GENERALIZAR:SE LO PUEDE GENERALIZAR:

CADA UNA DE LAS FORMAS DE TRABAJO SE DA COMO EL CADA UNA DE LAS FORMAS DE TRABAJO SE DA COMO EL PRODUCTO DE UNA PROPIEDAD TERMODINÁMICA INTENSIVA Y PRODUCTO DE UNA PROPIEDAD TERMODINÁMICA INTENSIVA Y LA DIFERENCIAL DE UNA PROPIEDAD TERMODINÁMICA LA DIFERENCIAL DE UNA PROPIEDAD TERMODINÁMICA EXTENSIVA….EXTENSIVA….

TRABAJO. CONVENIO DE SIGNOS

SISTEMASISTEMA W>0W>0W<0W<0

TRABAJO REALIZADOTRABAJO REALIZADOSOBRE EL SISTEMASOBRE EL SISTEMA

TRABAJO REALIZADOTRABAJO REALIZADOPOR EL SISTEMAPOR EL SISTEMA

TRABAJO DE FLUJOTRABAJO DE FLUJO

11111 VPxpAWF −=−=

22222 VPxpAWF ==

1122 VPVPWF −=

POR DEFINICIÓN EL POR DEFINICIÓN EL TRABAJO DE FLUJO ES TRABAJO DE FLUJO ES FUNCIÓN DEL ESTADOFUNCIÓN DEL ESTADO

ωτ

FdWW =∂

∂=∂

CALOR

LA TRANSFERENCIA DE CALOR ES UN MECANISMO MEDIANTE EL QUE SE TRANSFIERE ENERGÍA A TRAVÉS DE LA FRONTERA DE UN SISTEMA DEBIDO A UN GRADIENTE DE TEMPERATURA

T.Cq X ∂=∂

ENERGIA QUE SE TRANSFIERE A TRAVES DE LA ENERGIA QUE SE TRANSFIERE A TRAVES DE LA FRONTERA DE UN SISTEMA DE MODO DESORDENADO FRONTERA DE UN SISTEMA DE MODO DESORDENADO Y/O MICROSCÓPICO Y/O MICROSCÓPICO

)TT.(cq 12X21 −=−

CALOR SENSIBLE vs CALOR LATENTECALOR SENSIBLE vs CALOR LATENTE

Tc.mQ X ∆=∂

CALORCALOR QUE INTERCAMBIA UN QUE INTERCAMBIA UN SISTEMA PRODUCIENDO UN SISTEMA PRODUCIENDO UN CAMBIO DE TEMPERATURA CAMBIO DE TEMPERATURA

CALORCALOR QUE INTERCAMBIA UN QUE INTERCAMBIA UN SISTEMA PRODUCIENDO UN SISTEMA PRODUCIENDO UN

CAMBIO DE DE FASECAMBIO DE DE FASE

dmQ X ⋅=∂ λ

CALOR LATENTE O POR CAMBIOS DE FASE

● Cambio de fase o calor latente● Calor de fusión = Calor necesario para fundir

una sustancia sin modificar su temperatura.

● Calor de evaporación = Calor necesario para vaporizar una sustancia sin modificar su temperatura.

fmQ λ=

emQ λ=

CALOR. CONVENIO DE SIGNOS

Sistema Q<0Q>0

Calor absorbidopor el sistema

Calor cedidopor el sistema

CALOR Y EL TRABAJOCALOR Y EL TRABAJO

TRABAJO_DE_TASAPOTENCIAWW ≡=∂

∂=∂τ

CALOR Y EL TRABAJOCALOR Y EL TRABAJO

!!∑ ∑−= is mmddm

τ

WQememddE

iiss −+−= ∑ ∑τ

gz2

ue2

++≡ ω

FISICA II 2011

PRÓXIMA CLASE:APLICACIONES DEL PRIMER

PRINCIPIO