Electricidad y calor5A-303

Temas1. Temperatura. (E)2. Primera Ley de la Termodinámica.3. Teoría cinética de gases 4. Maquinas térmicas, Entropía y Segunda Ley de la Termodinámica.5. Campos eléctricos. (E) 6. Ley de Gauss.7. Potencial eléctrico.8. Capacitancia y materiales dieléctricos.9. Corriente y Resistencia. (E)10. Circuitos de corriente directa.

Evaluación Exámenes (3) 35% Tareas 30% Participación 10% Laboratorio 20% Asistencia 5%

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1. Temperatura Conceptos: temperatura, termómetro (energía).

Calor y radiación electromagnética.

Dos objetos están en contacto térmico mutuo si entre ellos pueden intercambiar energía por calor o radiación electromagnética debido a una diferencia de temperatura. En equilibrio térmico, dos objetos no intercambian energía al estar en contacto térmico.

Ley cero de la termodinámica: “si los objetos A y B están por separado en equilibro térmico con un tercer objeto C, entonces A y B están en equilibrio térmico entre si.” Se puede considerar a la temperatura como la propiedad que determina si un objeto esta en equilibrio térmico con otros objetos.

Examen Rápido (ER) Dos objetos, con diferentes tamaños, masas y temperaturas, se ponen en contacto térmico. En que dirección viaja la energía? A) del objeto mas grande al objeto mas pequeño. B) del objeto con mas masa al que tiene menos masa. C) del objeto con mayor temperatura al objeto con menos temperatura.

Los termómetros son dispositivos que sirven para medir la temperatura. El termómetro de liquido se basa en la expansión de un liquido (ej. Hg) al aumentar su temperatura.

Calibración Mezcla de hielo y agua en equilibrio térmico a presión atmosférica. 0(grados Celsius). “ punto de hielo del agua”. Mezcla de agua y vapor en equilibrio térmico a presión atmosférica. 100 (“ punto de vapor del agua”).

100100 divisiones cada división indica un cambio de 1°C

0

Termómetro de gas a volumen constante y escala absoluta de temperatura.

P = Patm + rghP

Escala absoluta de temperatura (K) punto cero: -273.15°C

Cero absolutoT = Tc + 273.5Tc = T – 273.5Tc = temperature Celsius T = temperature absoluta K

Escala Kelvin La escala absolta de temperatura toma como referencia el cero absoluto y el punto triple del agua (0.01 °C y 4.58 mmHg)

273.16K

Escala Farenheit

Punto del hielo punto de vapor 32 212

TF = 32

Tc = 32

Expansión térmica de solidos y líquidos.

Si la expansión térmica es pequeña comparada con las dimensiones iniciales.

Para expansión volumétrica

Tarea Demuestre que Considere una caja solida de dimensiones iniciales l, w, h

Coeficiente de Expansión LinealMaterial Promedio, α (°C)¯¹Aluminio 29 10Latón y Bronce 19 10Concreto 12 10Cobre 17 10Vidrio (ordinario) 9 10Vidrio (pyrex) 3.2 10Invar (aleación Ni-Fe) 0.9 10Acero 11 10Acetona 1.5 10Alcohol etílico 1.12 10Benceno 1.24 10Gasolina 9.6 10Glicerina 4.85 10Mercurio 1.82 10Trementina 9.0 10Aire a 0°C 3.67x10¯³Helio 3.665x10¯³

Para los gases, la expansión se considera a presión constante

Considere los siguientes pares de materiales. ¿Cuál par representa dos materiales, uno de los cuales esta el doble de caliente que el otro?A) Agua en ebullición a 100°C, un vaso con agua a 50°CB) Agua en ebullición a 100°C, metano congelado a -50°CC) Un cubo de hielo a -20°C, llamas de un traga juego de arco a 233°CD) Ninguno de estos pares.

EjemploUn día la temperatura alcanza 50 °F. ¿Cuál es la temperatura en °C y en K?

= + 273.15 = 283

= 59 − 30 = 5

9 50 − 32 = 10°

Pregunta. Si se le pide hacer un termómetro de vidrio muy sensible, ¿Cuál de los siguientes líquidos usaría?A) MercurioB) AlcoholC) GasolinaD) Glicerina

Tira bimetálica

Dos esferas se elaboran del mismo material, y tienen el mismo radio, pero una es hueca y la otra es solida. Las esferas se someten al mismo aumento de temperatura ¿Cuál se expande mas?A) La esfera solidaB) La huecaC) Ambas se expanden en la misma cantidadD) No hay suficiente información para decirlo.

Para los gases, la expansión se considera a presión constante

Ejemplo: Un segmento de vía de ferrocarril de acero tiene una longitud de 30 km cuando la temperatura es de 0 °C. ¿ Cual es la longitud cuando la temperatura es de 40 °C? Solución : 30.013m

El esfuerzo térmico es el mismo que el esfuerzo de tensión en la situación donde la vía se expande libremente y después se comprime con una fuerza mecánica f de regreso a su longitud original.

Esfuerzo de tensión = = ∆= ( .

, )

=(8.7x107

Ejemplo: Un dispositivo tiene dos tornillos unidos a diferentes partes del dispositivo que casi se tocan entre sí en su interior. Como en la figura . Los tornillos de acero y latón están a diferentes potenciales eléctricos y , si se tocan , se desarrollará un corto circuito que dañará el dispositivo. La separación inicial entre los tornillos es de 50 a 27°C . ¿ A qué temperatura se tocarán los tornillos ? Suponga que la distancia entre paredes no es afectada por el cambio de temperatura.

0.010m 0.030 m

Solución: ∆Llat + ∆Lac =d

T = 27 °C +7.4 °C =34 °C

Descripción macroscópica de un gas ideal1 mol =NA = 6.022x1023 componentes

EL numero de moles en ma masa m:N= M= masa molar

Ej. Para el He, M= 4.00 g/mol

Ley de Boyle

Ley de Charles

Ley de Gay - Lussac

Ecuación de Estado (Ley) de Gas Ideal

R= constante universal de los gasesR= 8.314 J/mol.kR= 0.08206 L.atm/mol.k

• El volumen ocupado por un mol de gas a presión atmosférica y a 0 °C (273K) es de 22.4L

RT = NKTN -> Numero total de moléculas en el gas

= K = 1.38x10-23 J/KConstante de Boltzmann

P,V,T = Variables termodinámicas de un gas ideal