PROCESO ADIABATICO

•       El término adiabático hace referencia a volúmenes que impiden la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima bastante a un límite adiabático. Otro ejemplo es la temperatura adiabática de llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama si no hubiera pérdida de calor hacia el entorno. En climatización los procesos de humectación (aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto que no hay transferencia de calor, a pesar que se consiga variar la temperatura del aire y su humedad relativa.

Problemas de la primera Ley termodinámica.

1.       A un sistema formado por un gas encerrado en un cilindro con embolo, se le suministran 200 calorias y realiza un trabajo de 300 joules. Cuál es la variación de la energía interna del sistema expresa en joules?

Datos                                                                           formula

Q= 200 cal                                                           U= Q-W

W=300J                                                   conversión de unidades

     U=?                                                     1 Cal= 4.2 J

200 cal*4.2/1 cal= 840 J

Sustitución y resultado:       U= 840 J- 300 J= 540 J

PROCESO ISOBARICO

Un proceso isobárico es un proceso termodinámico que ocurre a presión constante. La Primera Ley de la Termodinámica, para este caso, queda expresada como sigue:

        U= Q- P     V

Donde:

Q=Calor transferido

U=Enegia interna

P=Presion

V=Volumen

En un diagrama P-V, un proceso isobárico aparece como una línea

horizontal. Si la presión no cambia

durante un proceso, se dice que éste es isobárico.

Un ejemplo de un proceso isobárico:

Es la ebullición del agua en un recipiente abierto. Como el

contenedor está abierto, el proceso se efectúa a presión atmosférica constante.

En el punto de ebullición, la temperatura del agua no aumenta con la adición de calor, en lugar de esto, hay un cambio de fase de agua a vapor.

Transmicion de calor (convección)

En este sistema de transferencia de calor interviene un fluido (gas o líquido) en movimiento que transporta la energía térmica entre dos zonas.

La transmisión de calor por convección puede ser:

•       Forzada: a través de un ventilador (aire) o bomba (agua) se mueve el fluido a través de una zona caliente y éste transporta el calor hacía la zona fría.

•       Natural: el propio fluido extrae calor de la zona caliente y cambia su densidad haciendo que se desplace hacía la zona más fría donde cede su calor.

ENERGIA INTERNA Y MAQUINAS TERMICAS

Es la suma de las energías cinética y potencial

De las moléculas individuales que lo constituyen.

U=Uf-Ui

Donde:

U=Variaciòn de la energía interna expresada en Joules(J)

Uf=Energìa interna final medida en Joules(J).

Ui=Energìa interna inicial expresada en Joules(J).

MÀQUINAS TÈRMINAS

Las máquinas térmicas son aparatos que se utilizan para transformar la energía calorífica en trabajo mecánico.

Existen tres tipos:

Máquinas de vapor.

Motores de combustión interna.

Motores de reacción.

MAQUINAS DE VAPOR

Emplean la enorme energía producida por esta expansión para generar un trabajo.

MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

–   El combustible se quema dentro del motor donde realiza su función.

–   En un motor de cuatro ciclos su ciclo es el siguiente:

1-ADMISIÒN:El  émbolo se mueve hacia abajo, absorbiendo una mezcla de combustible y aire que procede del carburador.

2-COMPRESIÒN:El émbolo se desplaza hacia la parte alta del cilindro. Al subir el émbolo, la mezcla carburante lo comprime fuertemente en la cámara de combustión, lo cual se denomina índice de comprensión.

3-EXPLOSIÒN:L achispa eléctrica que salta entre los electrodos de la bujía se encarga de encender e inflamar la mezcla, produciéndose así una violenta dilatación de gases encargados de empujar el émbolo hacia abajo, y al arrastra al cigüeñal realiza trabajo mecánico.

4-El émbolo se eleva de nuevo en el interior del cilindro, abriéndose la válvula de escape, la cual se encuentra en la parte alta de éste.

MOTORES DE REACCION

Se basan en el principio de la acción y la reacción.

Existen dos tipos principales de motores a reacción: los turborreactores y los cohetes.

LOS TURBORREACTORES constan de un generador de gases muy calientes y de una tobera que los expele hacia atrás en forma de chorro(acción), así impulsa al motor y al móvil en el cual se encuentra instalado hacia adelante(reacción).

COHETES

El motor del cohete no necesita del aire atmosférico para funcionar , pues contiene en su interior las sustancias químicas para la combustión.

EFICIENCIA DE LAS MAQUINAS TERMICAS

–   Es la relación entre el trabajo mecánico producido y la cantidad de calor que se le suministra.

–   h=T/Q

–   h=Eficiencia de la máquina térmica.

–   T=Trabajo neto producido por la máquina en calorías (cal) o Joules(J).

–   Q=Calor suministrado a la máquina por el combustible en calorías (cal) o Joules(J).

EL FUNCIONAMIENTO DEL REFRIGERADOR

–   Un refrigerador también es una máquina térmica, pero su funcionamiento presenta una característica especial, ya que se utiliza el trabajo de un motor para transferirlo de una fuente fría a una caliente.

–   

Los sistemas de comprensión utiliza cuatro elementos en el ciclo continuo de refrigeración, éstos son:

–   Evaporador

–   Compresor

–   Condensador

–   Válvula de expansión

IMPACTO ECOLOGICO DE LAS MAQUINAS TERMICAS

Las máquinas térmicas requieren del uso de diferentes energéticos lo que provoca consecuencias alarmantes como la contaminación del suelo, agua y aire.

Produce sustancias nocivas como:

Monóxido de carbono

Hidrocarburos no quemados

Dióxido de azufre

Monóxido y dióxido de  nitrógeno

Humo

Ozono

CALOR

•       Se entiende calor como la energia que se traspasa de un sistema a otro o de un cuerpo a otro, una trasferencia vinculada al movimiento de moléculas átomos y otras partículas.

Formas de propagación del calor

•       Conducción

•       Convención

•       Radiación

Conducción

•       La conducción es la forma de propagación del calor a través de un cuerpo sólido , debido al choque entre moléculas.

Convencción

•       La convección es la propagación del calor ocasionada por el movimiento de la sustancia caliente.

Radiación

La radiación es la propagación del calor por medio de ondas electromagnéticas esparcidas, incluso en el vacío, a una velocidad de aproximadamente 300 mil km/s.

Ejemplos de propagación solar

Ejemplos de propagación solar

Intensidad de la radiación solar

•       La energia radiante nos llega del sol nos proporciona eergi calorifica, esta se aprovecha para calentar agua destinada para uso doemestico en algunos edificios o casas, y tambien para el funcionamieto de diversos tipos de motores provistos de celdas solares.

Transformación de la energía solar

•       Actualmente, el aprovechamiento de la energía solar por el hombre esta pleno desarrollo, pues ademas de los usos señalados, tambien se estan construyendo dstiladores solares para obteer agua ptable a partir del agua de los mares.

•       Los destiladores solares se utilizan la eergia calorifica proveniente del sol para obtener agua potable a partir del agua salada de los mares.

Unidades para medir el calor

•       Como ya sabemos, el calor es una forma de energia llamada energia calorifica. Por tanto , las unidades para medir el calor son las mismas del trabajo mecanico y de la energia:

•       Sistema internacional de uidades (SI)

•       JOULE = newton metro= N m=  J

•       Ademas del joule, aún se utilizan unidades como la caloria y el Btu, que a continuacion describiremos:

•       Caloria:

Es la unidad de calor aplicado a un gramo de agua para elevar su temperatura

1 °c, de 14.5 a 15.5 °c.

•       Kilocaloria:

•       Es un multiplo de caloria y equivale a:

•       1 Kcal = 1000 cal

•       BTU:

•       es la catidad de calor aplicada a una libra de agua (454g) para que  eleve su tempratura u grao fahrenheit:

•       1 BTU = 252 cal= 0.252 kcal

•       La equivalencia entre joules y  calorias, s la siguiente:

•        1 joule = 0.24 cal

•        1 caloria = 4.2 J

Capacidad calorífica

•       La capacidad calorifica la cual se define como la relación existente entre la cantidad de calor   Q que recibe y su correspondiente elevación de temperatura    T.

•       C=

Calor específico

•       Puesto que la capacidd calorifica de una sustanncia es la relacion entre calor recibido y su variacipon de temperatura; si calentamos diferentes masas de una misma sustancia, observamos que su capacidad calorífica es distinta.

•       Por definicion: el calor especifico Ce de una sustancia es igual a la capacidad calorifica  C de dicha sustacia entre su masa m:

•       Ce=como C = 

•       Ce=

•       En terminos practicos el calor especifico se define como la cantidad de calor que   necesita  .

•      

problemas

•       ¿Qué cantidad de calor se debe aplicar a una barra de plata de 12 kg para que eleve su temperatura de 22 ° c a 90 ° c

Datos                 fórmula                            sustitución

Q= ?                       Q= mCe   T           Q= 12000g x  0.056 cal/g °c (90 °c – 22 °c)

M =12kg = 12000g    

T0 = 22 °c                                                     Resultado

Tf = 90 ° C                                                    Q= 45 696

CeAg = 0.056 cal/g °c

CAMBIOS DE ESTADO

Cuando un cuerpo, por acción del calor o del frío pasa de un estado a otro, decimos que ha cambiado de estado. En el caso del agua: cuando hace calor, el hielo se derrite y si calentamos agua líquida vemos que se evapora. El resto de las sustancias también puede cambiar de estado si se modifican las condiciones en que se encuentran.

FUSIÓN

Es el paso de un sólido al estado líquido por medio del calor; durante este proceso endotérmico (proceso que absorbe energía para llevarse a cabo este cambio) hay un punto en que la temperatura permanece constante. El "punto de fusión" es la temperatura a la cual el sólido se funde. Dichas moléculas se moverán en una forma independiente, transformándose en un líquido. Un ejemplo podría ser un hielo derritiéndose, pues pasa de estado sólido al líquido.

SOLIDIFICACIÓN

Es el paso de un líquido a sólido por medio del enfriamiento; el proceso es exotérmico. El "punto de solidificación" o de congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio, y coincide con el punto de fusión si se realiza de forma lenta (reversible); su valor es también específico.

CONDENSACIÓN

Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se pasa de forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización.

SUBLIMACION

Es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.

SUBLIMACIÓN INVERSA

Es el paso directo del estado gaseoso al estado sólido.

EVAPORACIÓN

Es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado liquido hacia un estado gaseoso, tras a ver adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial.

EQUILIBRIO TÉRMICO

El equilibrio térmico es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en sus condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas. Una vez que las temperaturas se equiparan se suspende el flujo de calor, llegando ambos cuerpos al mencionado equilibrio término.

La cantidad de calor (Q) que gana o pierde un cuerpo de masa (m) se encuentra con la fórmula

´ 
 

´  Donde:

´  Q. es la cantidad de calor (que se gana o se pierde), expresada en calorías.

´  M. es la masa del cuerpo en estudio. Se expresa en gramos

´  C. e es el calor específico del cuerpo. Su valor se encuentra en tablas conocidas. Se expresa en cal / gr º C

´  Δt es la variación de temperatura = T f − T 0 . Léase Temperatura final (T f ) menos Temperatura inicial (T 0 ) , y su fórmula el

PROBLEMAS

¿Cuál será la temperatura de una mezcla de 50 gramos de agua a 20 grados Celsius y 50 gramos de agua a 40 grados Celsius?

Desarrollo:

Datos:

Capacidad calorífica específica del agua: 1 cal/grº C

El agua que está a 20º C ganará temperatura

El agua que está a 40º C perderá temperatura

Sabemos que para conseguir el equilibrio térmico (igualar las temperaturas) la cantidad de calor ganada por un cuerpo debe ser igual a la cantidad de calor perdida por el otro.

Entonces:

para los 50 gr de agua a 20º C tendremos Q 1 (cantidad de calor ganada)

 reemplazamos los valores y queda

  (cantidad de calor ganada)

para los 50 gr de agua a  40º C tendremos Q 2 (cantidad de calor perdida)

Como Q 1 = Q 2 (calor ganado = calor perdido)

¿Cuál será la temperatura final de 50 gramos de agua a 20 grados Celsius cuando se sumergen en ella 110 gramos de clavos de acero a 40 grados Celsius?

´  Desarrollo:

Datos:

Capacidad calorífica específica del agua: 1 cal/grº C

Capacidad calorífica específica del acero: 0.12 cal/grº C

Los 50 gr de agua que están a 20º C ganarán temperatura

Los 110 gr de clavos que están a 40º C perderán temperatura

Sabemos que Q ₁ = Q ₂ (calor ganado = calor perdido)

DENSIDAD Y PESO ESPECIFICO.

                                                      Densidad, peso específico, 



¿QUE ES ?

La densidad está relacionada con el grado de acumulación de materia (un cuerpo compacto es, por lo general, más denso que otro más disperso), pero también lo está con el peso. Así, un cuerpo pequeño que es mucho más pesado que otro más grande es también mucho más denso

¿Para que nos sirve?

•      Nos dice cuánta materia hay de esa sustancia en cierto espacio.

•       Hay sustancias más densas que otras:

•       el agua, el aceite o el sirope.

Peso específico

•      El peso específico representa la fuerza con que la Tierra atrae a un volumen unidad de la misma sustancia considerada.

•      Pe = P/v = peso/volumen = Newton/m3

•      La unidad del peso específico en el SI es el N/m3

•      La relación entre peso específico y densidad es la misma que la existente entre peso y masa. En efecto:

•      siendo g la aceleración de la gravedad.

•      Peso = P = m*g = masa*gravedad

•      Sustituimos P en la formula de Pe y tenemos que:

•      Pe = (m*g)/v = d*g = densidad por aceleración de la gravedad

HIDROSTATICA,PRINCIPIO DE PASCAL,PRINCIPIO DE ARQUIMIDES Y PRESION

HIDROSTATICA

´ La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de reposo; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición.

´ Reciben el nombre de fluidos aquellos cuerpos que tienen la propiedad de adaptarse a la forma del recipiente que los contiene. A esta propiedad se le da el nombre de fluidez .

´ Son fluidos tanto los líquidos como los gases, y su forma puede cambiar fácilmente por escurrimiento debido a la acción de fuerzas pequeñas.

Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes

Principio de Pascal

´ El principio de Pascal afirma que la presión aplicada sobre un fluido no compresible contenido en un recipiente indeformable se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y a todas partes del recipiente.

´ Este tipo de fenomeno se puede apreciar, por ejemplo en la prensa hidráulica la cual funciona aplicando este principio.

Definimos compresibilidad como la capacidad que tiene un fluido para disminuir el volumen que ocupa al ser sometido a la acción de fuerzas

Principio de Arquímedes

´ El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sólido sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba con una fuerza  igual al peso del volumen de fluido desalojado.

El objeto no necesariamente ha de estar completamente sumergido en dicho fluido, ya que si el empuje que recibe es mayor que el peso aparente del objeto, éste flotará y estará sumergido sólo parcialmente

Propiedades de los fluidos

´ Las propiedades de un fluido son las que definen el comportamiento y características del mismo tanto en reposo como en movimiento.

´ Existen propiedades primarias y propiedades secundarias del fluido.

´ Densidad

´ Presión

´ Temperatura

´ Energía interna

´ Entalpía

´ Entropía

´ Calores específicos 

presión

•      La presión es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea.