mód_física_5_sec_i_bim

2 Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del

Liceo Naval “Almirante Guise”

Estimado Alumno (a): Te saludo afectuosamente y espero que éste Módulo sea de tu

agrado, ha sido preparado especialmente para ti, después de un

proceso de investigación motivada por el deseo de ofrecerte un

material que te haga comprender el fascinante MUNDO DE

LA FÍSICA.

Es mi deseo despertar en ti, un sincero entusiasmo por esta

ciencia, que te ayude a desarrollar un auténtico espíritu

científico.

Es muy importante tu dedicación, esfuerzo y verás que el curso

de física sólo requiere de mucha observación y de preguntarse

¿Cómo y por qué?... luego estoy segura que al encontrar

explicaciones a tus interrogantes dirás que prodiga es la mano

de Dios al permitirnos comprender las maravillas que ocurren

en el Universo

Muchos éxitos para ti Tu profesora Bertha



INTRODUCCIÓN

Este módulo de Física está elaborado en forma didáctica de acuerdo con los programas

vigentes para el 5° año de secundaria con los avances científicos y tecnológicos de

nuestra era.

Los temas se desarrollan en forma clara y sencilla tratando de demostrarte en todo

instante la terminología aplicada a esta ciencia y haciéndote razonar para que logres y

cultives tu actitud científica, aplicada a la solución de problemas.

Durante todo el año desarrollaremos los temas principales de Física como, Magnetismo,

Electrostática Electrodinámica, Óptica, Cantidad de Movimiento, Física Moderna,

Debes de asimilar y dominar los conceptos teóricos para que te ayuden en la solución de

problemas, estos no se resuelven reemplazando datos en las fórmulas sino analizando y

razonando. Piensa que es un reto y que poco a poco conseguirás el dominio del curso.

Es importante que al concluir con el estudio de este curso hayas comprendido que la Física

no es nada difícil sino que es todo aquello que lo vives a diario.

Tu profesora: Bertha.



“LOS IDEALES QUE HAN

ILUMINADO MI CAMINO, UNA Y OTRA VEZ ME HAN

DADO CORAJE: PARA ENFRENTAR LA VIDA CON

ALEGRIA, HAN SIDO LA AMABILIDAD, LA BELLEZA Y LA VERDAD” Albert Einstein



INDICE

I BIMESTRE Introducción a la Física 6

Ramas de la Física 9

Calorimetría 10

Calor 10

Temperatura 10

Propagación del calor 17

Dilatación 19

Equilibrio Térmico 29

Los gases 38

1º Ley de Termodinámica 40

Procesos Restringidos 50

Gas Ideal 54

Gas Real 54

Nº de Avogadro 55

Teoría Cinético de los Gases 56

2º ley de Termodinámica 63

Rendimiento o eficiencia de una máquina 64



¿QUÉ ESTUDIA LA FÍSICA?

LA FÍSICA ES LA CIENCIA QUE ESTUDIA EL MOVIMIENTO DE LA

MATERIA Y SU RELACIÓN CON LA ENERGÍA, EN AQUELLOS

FENÓMENOS DONDE FUNDAMENTALMENTE NO OCURRE UNA

TRANSFORMACIÓN INTERNA DE LA MATERIA.

¿POR QUÉ ESTUDIAMOS FÍSICA?

♦ Porque cultivando nuestros sentidos entenderemos los fenómenos de la naturaleza. ♦ Porque aplicando sus principios y leyes elevaremos el nivel de vida de nuestra

sociedad.

QUIZÁS TE HABRÁS PREGUNTADO ¿...?

¿Cómo aparece el día y después la noche?

¿Cómo se producen las nevadas?

¿Por qué se producen los relámpagos?

¡EL HOMBRE ESTÁ EN

UNA PERMANENTE BÚSQUEDA DEL ORIGEN

DEL UNIVERSO!



¿Por qué vuela un avión?

¿Cómo se produce la magia de la TV?

¿Cómo se desplazan los satélites artificiales?

¿Cómo se producen las trasmisiones vía satélite?

¿Cómo se navega en Internet?

¿Cómo se activa un teléfono celular?

¿Cómo es el mecanismo de la extraordinaria computadora?

¿Cómo funciona un equipo de sonido que nos permite escuchar

nuestra música favorita?



¿Te has puesto a pensar en las múltiples aplicaciones de las

radiaciones láser que tienen que ver con nuestra vida y salud?

¿Qué efectos tienen las pruebas nucleares... en nuestras vidas?

¿Cómo se forma del arco iris?

¿Por qué funciona un motor?

Y otros fenómenos físicos más…como:

¿Cómo se produce la ebullición del agua?

¿Cómo sube y baja un ascensor?

¿Cómo se produce el movimiento de una puerta?

¿Por qué cae una piedra?

La Física y su relacionan con otras ciencias:

••• Biofísica : Física aplicada a la Biología y la Anatomía

••• Astrofísica: Física aplicada a la Astronomía

••• Geofísica: Física aplicada a la Geología

••• Físico-Química: Física relacionada con la Química

••• Física Meteorológica: La física del clima, del estado del tiempo.



RAMAS DE LA FÍSICA:

MECÁNICA: Estudio del movimiento y la fuerza.

ACÚSTICA: Estudio del sonido y su propagación.

OPTICA: Estudio de la luz.

CALORIMETRÍA: Estudia el calor y su equivalente mecánico.

ELECTROMAGNETISMO: Estudio de la electricidad, magnetismo y su interrelación.

FÍSICA NUCLEAR: Estudio del núcleo atómico.

FÍSICA MODERNA: Estudio de la Relatividad y otras teorías.



Es una rama de la FÍSICA MOLECULAR que

estudia las MEDIDAS DE LA CANTIDAD DE

CALOR que intercambian dos o más sustancias que

están a diferentes temperaturas, también analiza las

transformaciones que experimentan dichas

sustancias al recibir o perder energía calorífica.

¿Qué es el CALOR? ¿Qué es la TEMPERATURA?

En la vida diaria suelen confundirse estos dos términos aunque están muy relacionados son conceptos diferentes.

Es la energía térmica que pasa de un cuerpo a otro.

Este tipo de energía está siempre en tránsito, ya que los cuerpos ganan

color o lo ceden pero no lo poseen.

El concepto moderno de calor:…

“Es la energía que se trasmite de un cuerpo a otro, en virtud

únicamente de su diferencia de temperatura entre ellos”

Es la medida del grado de agitación que tienen las moléculas de un cuerpo.

La variación en la agitación térmica trae como consecuencia un aumento o disminución de las temperaturas y del volumen de un cuerpo.

La temperatura de un cuerpo depende del calor que recibe, de la cantidad de materia o masa de la sustancia.

Nuestro cuerpo mantiene su temperatura constante a 37º C, así

nuestros órganos funcionan con normalidad.

CALORIMETRIA



La temperatura ambiente es la temperatura que se puede medir con un termómetro y que

se toma del medio ambiente actual, por lo que, si se toma de varios puntos en la tierra a un

mismo tiempo puede variar.

SEGÚN EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI), las escalas de

temperatura son 2: Celsius (ºC) y Kelvin (K), ambas teniendo como base el punto fijo,

patrón llamado punto triple del agua (0,0098 ºC < > 273,16 K y 4 mm Hg).

Si relacionamos estas escalas de temperatura, consideramos la escala Fahrenheit (ªF) por

su uso en la industria en general y también incluimos la escala Rankine (ºR)

Es decir consideramos las siguientes Escalas Termométricas:

LA ESCALA CELSIUS O CENTÍGRADO (º C) Tiene 100 divisiones

Esta escala fija su punto de fusión en (0° C) y su punto de ebullición en 100° C.

LA ESCALA FAHRENHEIT (° F). Tiene 180 divisiones

Esta escala fija su punto de fusión en (32° F) y su punto de ebullición en 212° F

LA ESCALA KELVIN O ABSOLUTA (º K): Tiene 273 divisiones

Marca el cero grado a – 273° C y los 100° C corresponden a 337° K

Esta escala es usada en los estudios científicos.

LA ESCALA RANKINE: Tiene 492 divisiones

Desde el cero absoluto hasta la fusión del agua y 180 divisiones, entre las temperaturas de referencia.



FÓRMULAS PARA REALIZAR: CONVERSIONES DE TEMPERATURAS 1) De ° C a ° F 2) De ° F a ° C

932

5−

=FC

9

325

−=

FC

3) De ° K a ° C 4) ° C a ° K

5273

5−

=KC

5273

5−

=KC

5) De ° F a °K 6) ºK a º R

5273

932 −

=− KF

PODEMOS DEDUCIR LA FÓRMULA MÚLTIPLE:

AHORA RESOLVEREMOS LOS SIGUIENTES EJERCICIOS SOBRE ESCALAS TERMOMÉTRICAS

9492

5273º −

=− RK

9492

5273

932

5−

=−

=−

=RKFC



1) Convertir 25° C a ° F

9

32525 −

=F

9(25)= 5(F-32) 225 = 5F – 160

5F – 160 = 225

5F = 385

° F = 77 2) La temperatura del cuerpo humano es aproximadamente de 37° C ¿Cuánto sería en

ºF? Es decir convertir 37° C a ° F

932

537 −

=F

333= 5(F – 32)

5F – 160 = 333

5F = 333 + 160 ° F = 493/5 ºF= 98,6

9

325

−=

FC

9

325

−=

FC



3) Convertir 50° C a ° F

932

550 −

=F

450 = 5(F – 32)

450=5F-160

5 F-160 = 450

5F=450+160

5F=610

ºF=160/5

ºF= 122

4) Convertir 32.8° F a ° C

9 C = 5 (32.8 – 32)

9C= 164 – 160

9C = 4

° C = 0.44

9

325

−=

FC

9

325

−=

FC



5) Convertir 140° F a ° C

325

9−= F

C

321405

9−=

C

1085

9=

C

9 °C = 108 (5)

9 °C = 540

°C = 540 / 9

°C = 60 6) Convertir – 120 °C a °K

5273

5120 −

=− K

5 (-120) = 5 ( °K – 273) – 600 = 5K - 1365 5K = 1 365 - 600 5K= 765 ºK= 153

9

325

−=

FC

5273º

5º −

=KC



7) Convertir 300 ºK a ºR

9492

5273300 −

=− R

9 (300-273) = 5 (R -492) 2 700 – 2457 = 5 (R -492) 243 = 5R -2 460 5 R-2 460 =243 5R = 2460 + 243 5R = 2 703 ºR = 540,6 8) Transformar -26ºC a ºR 9ºC = 5 (R-492) 9(-26)= 5R -2 460 -234=5R-2460 5R-24600-234 5R=2460-234 5R=2 226 R=2 226/5 ºR=445,2

9492

5273º −

=− RK

9492º

5º −

=RC



La transmisión del calor puede producirse por:

Conducción Convención Radiación

Es la propagación del calor de molécula a molécula. Se propaga del extremo del sistema

más caliente hacía el otro extremo menos caliente (frío) a través de la transmisión de

calor.

Este tipo de propagación es propio de los sólidos existen muchos sólidos que no conducen

el calor por ejemplo: la madera, los plásticos, el carbón etc. son llamados aislantes

térmicos.

Los metales son buenos conductores del calor, pero todos ellos tienen diferente

conductividad térmica; la plata (Ag) es el de mayor conductividad respecto al (Cu), y éste

más que el oro (Au) y zinc (Zn).

La aleación, el latón, presenta mayor conductividad que el zinc, (Zn), estaño (Sn), hierro

(Fe), plomo (Pb) y platino (Pt), respectivamente.

EL CALOR NO PERMANECE INACTIVO EN EL LUGAR QUE SE PRODUCE, SINO QUE SE PROPAGA TRAVÉS DE LOS CUERPOS.

CONDUCCIÓN

UNA BARRA METÁLICA ES CALENTADA EN UN EXTREMO; AL POCO TIEMPO EL CALOR GANADO SE PROPAGARÁ HACIA EL OTRO EXTREMO POR CONDUCCIÓN



Es aquella forma de propagación en la cual el transporte de la energía calorífica se hace

de un lugar a otro a causa del desplazamiento de moléculas del cuerpo, observándose un

movimiento cíclico

Es decir se generan espacios libres dejados por una masa caliente y que será reemplazada

por otra masa fría, la cuál se calentará y se desplazará luego, dejando un espacio libre para

repetirse nuevamente el proceso y así sucesivamente.

Esta forma de propagación es propia de gases y líquidos.

Se produce porque los cuerpos calientes emiten una clase de ondas que se propagan en el

vacío y que, al ser absorbidas por un cuerpo, aumentan su temperatura.

CONVECCIÓN

RADIACIÓN

LA MASA DE AGUA

CALIENTE ASCIENDE,

DICHO ESPACIO ES

OCUPADO POR LA MASA DE

AGUA FRÍA QUE VIENE DE

LA SUPERFICIE DEL AGUA.

LA TIERRA RECIBE LAS

ONDAS O RAYOS (IR)

PROVENIENTES DEL SOL

PROPAGÁNDOSE POR

RADIACIÓN EN EL

VACÍO.

RADIACIÓN



¿Qué es Dilatación? Es un fenómeno físico que consiste en la variación de las dimensiones de un cuerpo con el aumento o disminución de temperatura. Estudiaremos 3 clases de Dilatación:

Dilatación de los Sólidos Dilatación de los Líquidos Dilatación de los Gases.

Se experimenta 3 tipos de Dilatación: a) Dilatación Lineal: Cuando aumenta la longitud de un cuerpo al ser calentado. 5 cm 5,1 cm b) Dilatación Superficial: Es el aumento del ancho y largo de toda la superficie de una

lámina.

DILATACIÓN DE LOS SÓLIDOS:

Uno de los efectos de la variación de la temperatura en los cuerpos es hacer

variar sus dimensiones



c) Dilatación Cúbica: Es el aumento del volumen que experimenta un cuerpo al ser sometido a la acción de la temperatura.

Cuando sus moléculas se mueven con mayor rapidez. Los líquidos sólo tienen dilatación cúbica. Se presentan 2 casos: Dilatación aparente y dilatación real. Dilatación aparente: Porque aparentemente el líquido al dilatarse disminuye. Dilatación real: Es la verdadera dilatación de los líquidos, debido al movimiento de moléculas aumenta el líquido. Las moléculas del agua suben y bajan al calentarse, después se produce la ebullición (hierve el agua)

DILATACIÓN DE LOS LÍQUIDOS



Es el aumento del volumen que sufren los gases por

acción de la temperatura.

Los gases sólo tienen dilatación cúbica, es decir en sus

3 dimensiones (largo, ancho y altura).

Los gases se dilatan más rápido que los sólidos y

líquidos.

La dilatación de los gases se aplica en el globo aerostático.

DILATACIÓN DE LOS GASES

¡TEN PRESENTE!

El sólido que se dilata con mayor sensibilidad es el PLOMO. El sólido que no se dilata tan fácilmente: DIAMANTE

El fluído que se dilata fácilmente: AIRE. El fluído que no se dilata tan fácilmente: AGUA, MERCURIO

ANOMALIA DEL AGUA: Tiene una importancia extraordinaria en la naturaleza, ya que sin duda, no habría vida posible en la tierra. En el fondo de los mares existe una temperatura de 4° C aproximadamente que permite que vivan ciertos peces que no se afectan con los cambios de temperatura.



ENERGÍA INTERNA Se experimenta cuando crece la temperatura de un cuerpo, la energía que posee en su

interior se llama energía interna

• Cuando crece la temperatura de un cuerpo, la energía que posee en su interior es

llamada “energía interna” la que también aumenta.

• La energía interna de un cuerpo puede aumentar sin que el cuerpo reciba calor

siempre que reciba otra forma de energía.

Ej. Cuando agitamos una botella con agua, a pesar que la botella

no haya recibido calor, su temperatura aumenta, debido a la

energía mecánica transferida al agua cuando se agitó la botella.

Es decir la energía interna de un cuerpo se puede aumentar realizando trabajo sobre él. Es

decir que hay energía mecánica y energía interna.

La energía mecánica se transforma en energía interna, donde el intermediario es el calor.

CANTIDAD DE CALOR

El calor absorbido o perdido por una sustancia debido a un cambio de temperatura

depende de tres factores: de la masa (m) de dicho cuerpo, de su calor específico (Ce) y de

la diferencia de temperaturas inicial (t0) y final (tf ). Esto tres factores se expresan

mediante esta ecuación:

atemperaturdeucióndisoaumentotcuerpodelmasam

específicocalorcecalordecantidadQ

min=∆===

Q = Ce m∆ T ∆ T = tf – t0

Energía mecánica Calor Energía interna



CAPACIDAD TERMICA CALORÍFICA (Cc) Es la cantidad de calor que absorbe cierta cantidad de masa para elevar su temperatura 1ºC

atemperaturdeucióndisoaumentotcalordecantidadQcaloríficacapacidadCc

min=∆==

Fahrenheit demostró que iguales cantidades de calor hacen de distinta forma la temperatura de iguales masas de agua y mercurio. De donde concluyó que el agua y el mercurio tienen distintas capacidades caloríficas. LA MEDIDA DEL CALOR James P. Joule demostró que un trabajo mecánico determinado producía siempre una misma cantidad de calor. La unidad de calor en el S.I. es el JOULE CALOR ESPECÍFICO (Ce) o CAPACIDAD CALORIFICA ESPECÍFICA Es la cantidad de calor que debe absorber un gramo de una sustancia para que su temperatura aumente en un grado centígrado. Se puede calcular también por unidad de masa (m)

gramoQce =

tmQ

mQce

∆==

tQCc∆

=

1 cal =4,18 calorías

1 J=0,24 calorías



masadeunidadesmatemperaturdeucióndisoaumentot

específicocalorceperdidooentregadocalordecantidadQ

==∆==

)min

En el SI el calor específico se mide en: joules por Kilogramo por Kelvin: J/kg.ºK Pero también se usa calorías por gramo y por grado centígrado: cal/g.ºC El calor específico del agua, por definición es de Cuanto mayor sea el calor específico de una sustancia, mayor será la cantidad de calor que

deberá absorber para aumentar su temperatura y, de la misma forma, mayor será la

cantidad de calor que desprenda al disminuir su temperatura.

El calor específico se mide en joules por kilogramo y por Celsius (J/kg.°C) o calorías entre

gramos por Celsius (cal/g°C )

Otros calores específicos Vemos que el agua es el cuerpo que tiene mayor calor específico, esto hace que los océanos, mares y grandes lagos sean moderados del clima. El mar se enfría o se calienta más lentamente que la Tierra por tener mayor calor específico.

Hielo 0,500 Agua salada 0,950 Alcohol 0,600 Vidrio 0,150 Vapor de agua 0,50 Aluminio 0,22 Hierro 0,11 Cobre 0,093

1 K cal / Kg °C

1 K cal / Kg °C



CALOR LATENTE (QL) Se denomina también calor de transformación y es la cantidad de calor que debe ganar o

perder una unidad de masa para cambiar la fase sin alterar su temperatura. Su valor

depende del tipo de proceso, del tipo de sustancia y de la masa transformada.

masaMcalordecantidadQ

latentecalorQL

===

CANTIDAD DE CALOR LATENTE: Es la cantidad de calor que el cuerpo o sustancia

utiliza íntegramente para modificar su estructura atómica o molecular, esto quiere decir

para cambiar de fase. No hay cambio de temperatura.

••• CALOR DE FUSIÓN:

Es la cantidad de calor que necesita 1 g de sólido, para transformarse íntegramente a

líquido, una vez alcanzada su temperatura de fusión.

Calores de fusión de algunos cuerpos.

genfundesequemascantidaddemcaloriasenconsumidocalorQ

gcalenfusióndecalorC f

,

/

==

=

SUSTANCIA cal/g Aluminio 94 Cinc 23 Cobre 41 hierro 49 hielo 80 plomo 5,5

MQQL =

LQmQ ×=

mQC f =



1) ¿Cuántas calorías se necesita para fundir 2 Kg. de fierro cuando ha llegado a su temperatura de fusión?

xQ

gcalfeCgKgm

f

=

==

/49)()0002(2

Q = 2 000 g × 49 cal/g Q = 98 000 cal

2) ¿Cuántos gramos de hielo se pueden fundir con 200 Kcal, cuando el hielo esta a 0ºC?

calgKcalQ

gcalhieloCxm

f

/000200....200

/80)(

=

==

gcalcalm

/80000200

=

gm 5002=

mCQ f ×=

fCQm =



••• CALOR DE VAPORIZACIÓN : Es la cantidad de calor que necesita 1g de un líquido para transformarse íntegramente a vapor; una vez alcanzada su temperatura de vaporización (ebullición)

Calores de Vaporización de algunos cuerpos.

genfundesequemascantidaddemcaloriasenconsumidocalorQ

gcalenónvaporizacidecalorCv

,

/

===

1) Calcular la cantidad de calor que consume 2 litro de agua líquida que esta 100º C

para transformarse en vapor a 100º C. Siendo el calor de vaporización de 540cal/g

gcalCgaguadelitrosm

xQ

v /540)0002(2

===

calKQgQ

ggcalQ

08010000801

0002/540

==

×=

xJcal

→→

00008012,41

JQ 3105364 ×=

SUSTANCIA cal/g

agua 540

mercurio 356

helio 5,6

hidrógeno 5,6

nitrógeno 476

cinc 475 mQCv =

mCQ V ×=



UNIDADES DE CALOR

Caloría (cal) Representa la cantidad de calor que debe ganar o perder 1g de agua para elevar o disminuir su temperatura en 1ª C

Kilocaloría (Kcal)

1 K cal = 1 000 calorías

Es la cantidad de calor que debe ganar o perder 1kg de agua para elevar o disminuir su temperatura en 1ªC

Unidad térmica inglesa (BTU)

Esta cantidad de calor es la que debe de ganar o perder 1 lb de agua para elevar o disminuir su temperatura en 1ªF 1 BTU = 252 cal

CALCULO DEL CALOR: Calor absorbido por una sustancia (Qabs) para que se produzca en ella el aumento de temperatura depende de 3 factores. Que son: masa (m) Calor especifico Diferencias de temperatura (inicial y final) Calor Desprendido por una sustancia: (Qdesps) En este caso la temperatura inicial es mayor que la final. Por lo tanto se calcula con una ecuación similar a la anterior.

Qabs = m × Ce × (Tf -Ti )

Qdesp = m × Ce × (Ti –Tf )



EQUILIBRIO TÉRMICO: Es aquel estado en el cuál no existe flujo de calor, porque hay igualdad en las

temperaturas.

Por ejemplo si en un recipiente cerrado y aislado térmicamente son introducidos dos

cuerpos: uno caliente y el otro frío, se establece un flujo de calor entre ambos, perdiendo

calor y disminuyendo su temperatura el cuerpo caliente, y ganando calor y aumentando su

temperatura el cuerpo frío. El flujo de calor entre los cuerpos terminará cuando los dos

alcancen temperaturas iguales en ese instante han alcanzado equilibrio térmico.

La condición para se experimente el equilibrio térmico entre dos sistemas es que tengan

la misma temperatura; Cuando las temperaturas son diferentes podemos estar seguros de

que los sistemas no están en equilibrio térmico.

TEORÍA FUNDAMENTAL DE LA CALORIMETRÍA: “Cuando mezclamos dos o más cuerpos a diferentes temperaturas, ocurre que el calor que ganan los cuerpos fríos lo pierden los cuerpos calientes” Del principio de conservación de la energía se cumple que: Para la variación de temperatura: Es un recipiente térmicamente aislado para evitar la fuga de calor. Se le utiliza para calcular calores específicos de los metales.

)()( 2211 fiif tTcemTtcem −×=−×

Q ganado = Q perdido

menormayor TTT −=∆

Calorímetro



1) ¿Cuál es la capacidad calorífica de 50g de agua? Siendo el Ce del agua4,184 J/gºC

CgJaguacegm

xQ

º/184,4)(50

===

Q = ce × m Q = 4,184 J/g ºC × 50 g

Q = 209,2

2) Se tiene un cuerpo cuya masa es de 150 g, tiene un calor específico de 6 cal/g° C y 25° C se calienta hasta 75°C. Calcular la cantidad de calor que habrá ganado.

CCtCgcalce

gmxQ

º25º75º/6

150

=∆===

Q = m Ce∆ T

Q = 150 g (6 cal/g°C)( 75°C - 25°C ) Q = 45 000 cal

AHORA RESOLVEREMOS PROBLEMAS SOBRE CALORIMETRÍA

mQce =



3) Un cuerpo de capacidad calorífica de 20 cal º C recibe 600 cal cuando se encontraba a 30º C ¿Cuál será su temperatura al final del proceso?

xTCTcalQ

CcalCc

f ====

º20600

ª20

0

cC

Qt =∆

Ccal

calTTf º20600

0 =−

CTTf º300 =−

CT

CCT

f

f

º50

º30º20

=

=−

4) Si se observa que para elevar en 10º C la temperatura de un cuerpo de 250 gramos

de masa se necesitan 600 calorías ¿Cuál es su capacidad calorífica específica?

calQgrm

CT

600250

º10

===

Cg

calceº10250

600×

=

Ccalceº5002

600=

Cgcalce º/24,0=

tQCc∆

=

tmQce∆

=



5) Se tienen 25g de agua a la temperatura de 10º C y recibe 400 calorías para calentarse. ¿Cuál es la temperatura final del agua?

CgcalHce

calQCTgm

º1)0(

400º10

25

2

0

=

===

cem

Qt =∆

C

gcalg

calCTf

º125

400º10×

=−

CT

CCT

CCT

f

f

f

º26

º10º16

º16º10

=

+=

=−

6) ¿Qué cantidad de calor cede un trozo de aluminio de 3kg que está a 100º C y Ce =

0,22 cal/º C si se enfría a 50º C?

CTCT

KgmCcalce

xQ

º50º100

3º/22,0

=====

Q = Ce m∆ T

(3/º22,0 ××= KgCcalQ 50ºC-100ºC) calQ 33−=

Q = Ce m∆ T



7) Un trozo de hierro de 15kg de masa de Ce = 0,11 cal/ gº C ¿Qué cantidad de calor será necesaria suministrar para que su temperatura suba 300º C ?

CTxQ

Cgcalcekgm

f º300

º/11,015

====

Q = Ce m∆ T

CKgCgcalQ º30015º/11,0 ××= calKQ 495= 8) Se tiene un calorímetro de metal cuyo calor especifico es 4 kcal /Kg y su masa 3

Kg, contiene a su vez 4 litros de agua a 20ºC. Un cuerpo desconocido se calienta hasta 120º C y se sumerge en el agua, alcanzado el sistema, una temperatura de equilibrio de 40º C, si la del cuerpo es de 2kg ¿Cuál es el calor específico del cuerpo?

metal agua cuerpo

CTCT

kgmCKgkcalce

f º40º20

3º/5

0

====

CTCT

kgmCKgkcalce

f º40º20

2º/1

0

====

CTCT

kgmxce

f º40º100

2

0

====

Q GANADO= QPERDIDO

Ahora tenemos la siguiente fórmula reemplazaremos los datos:

5 (3) (40-20) + 1 (2) (40-20) = Ce (2) (120-40)

15 (20) + 2 (20) = Ce (2) (60) 300 + 40 = Ce 120 Ce 120 = 340 Ce =340/120

Ce = 2,8 K cal /kg º C

CUERPOAGUAMETAL QQQ =+

tmceQ ∆=



9) Se mezclan 100 gramos de agua a 20º C con 200g de alcohol a 40º C. Si el calor especifico del alcohol es de 0,66 cal /gº C, Hallar la temperatura final de la mezcla.

xTCT

Cgcalcegm

xTCT

Cgcalcegm

========

2

1

2

1

1

º40º/66,0

200

º20º/1

100

Cgcal º/1100× × ( 20−fT )40(º/66,0200) fTCgcal −××= 100 cal/g ºC × ( T-20) = 132 cal/g ºC × (40 –Tf )

100 T -2000 = 5280 - 132 T 100 T +132 T = 5280 +2000 232 T = 7280

T = 7280/ 232 T = 31,37 ºC

COEFICIENTE DE CONDUCTIBIDAD TÉRMICA:

Es la cantidad de calor (Q) que pasa por una unidad de superficie (S) (1 cm2) en cada unidad de tiempo (t) (1s) si la gradiente o caída de temperatura (G) es la unidad (1ºC/cm)

.,

)(/sec

caloreldotrasmitienestarasecualeldurantetiempotconductordellongitudoconductordelespesore

eLTaTemperaturdecaídaoGradienteGconductordelciónS

pasaquecalordecantidadQtérmicadadconductibideecoeficientK

==

∆=====

)()( 2211 fiif tTcemTtcem −×=−×

tGSQK =

eTTG 21 −=



CANTIDAD DE CALOR TRASMITIDO: Es la cantidad de calor que pasa de un punto a otro a través de un conductor cualquiera. CONSTANTE DE CONDUCTIBIDAD Se expresa en: 1) Calcular la cantidad de calor que atravesará en 5 minutos por una plancha de

aluminio de 20 cm2 de superficie y un espesor de 5cm si la temperatura en una cara es de 100º C y en la otra de 50º C.

scmCcm

calK

CTCT

cmLecmS

sTxQ

××=

===

=

==

º48,0

º50º100

5)(20

)300('5

2

2

1

2

scm

CCcms

cmCcm

calQ 3005

º50º10020º48,0 2

2×

−××

××=

5000144

=Q calKQ

calQ

8,28

80028

=

=

aluminio 0,48 cobre 0,92 fierro 0,16 mercurio 0,14 plomo 0.08 vidrio 0.02 agua 0.01 aire 0,000 055

tGSKQ =

scmCcm

calK××

= º2

tGSKQ =



2) ¿Cuál es el espesor (L) de una plancha de aluminio de 260 cm2 de sección. Si al calentar un lado a 40º C en la otra cara tiene sólo 20º C. Además para pasar 200 K cal demora 3 minutos?

)''180('3)000200(000200

º20º40

260 2

=====

TcalKcalQ

CTCTcmS

(1)

(2)

TSKQG

QTGSK

××=

=×××

)3(

Relacionando la fórmula (1) con (3) tenemos:

TSKQ

LT

××=

∆

Ahora despejamos la longitud y tenemos la siguiente fórmula:

TGSQK =

LT

G∆

=

QTKSTL ×××∆

=

scmCcm

calAlK

xL

××=

=

º48,0)(2



cal

ss

cmCcm

calcmC

L000200

180º48,0260º202

2 ×××

××

=

cmL

L

24,2

000200280449

=

=

3) ¿Cuánto tiempo demorará en pasar 100 Kcal a través de una plancha de hierro de 8

cm × 9 cm × 5cm, si la temperatura entre una cara y la otra difiere en 50º C?

scmCcm

calK

CTcmeL

cmcmSxT

calcalKQ

××=

=∆=

×===

º16,0

º505)(

98

)000100(100

2

scmCcm

calcm

Ccmcm

calT

×××××

=

º16,05

ª5098

000100

2

tGSQK =

LT

G∆

=

KGSQT =

8,''1'14

05,868

2,115000100

16,01072000100

=

=

==××

=

T

sT

ssT



NEUMOSTÁTICA: Es el estudio de los Gases. Características de los gases:

Son muy comprensibles, pues pueden reducir su volumen con facilidad.

Son muy expansibles, pues ocupan el volumen del recipiente cualquiera sea su tamaño y forma.

Son muy elásticos, dado que recobran su volumen original una vez que dejan de actuar los agentes externos que lo modificaron.

Existe escasa cohesión entre sus moléculas.

Los gases no poseen superficie libre.

El estudio de los gases ha sido fundamental para el desarrollo de la Química y la Física, COMO LA MECÁNICA DE LOS GASES. El comportamiento de los gases es muy importante para la comprensión de la estructura de la materia

¿QUÉ SON GASES? Son aquellas sustancias que se caracterizan porque sus

moléculas se mantienen en desorden, dotadas de alta

energía y separadas por grandes distancias, la atracción

intermolecular es casi nula.



Existen 3 parámetros que definen las características de un gas.

Volumen: Es el espacio que ocupa un gas. Un gas ocupa todo el volumen del recipiente que lo contiene.

Temperatura: Mide el grado de agitación molecular del gas. En los gases la temperatura se mide en (º K) ºK= 273 + ºC

Presión: Indica el sentido en que se desplaza la masa de un gas La masa se mueve desde donde hay mayor presión hacia donde ésta es menor.

Propiedades:

Un gas está formado por partículas llamadas moléculas, todas ellas idénticas.

Las moléculas se mueven irregularmente y obedecen las leyes de Newton del movimiento.

El número total de moléculas es muy grande.

El volumen propio de las moléculas es una fracción insignificante del volumen

ocupado por el gas.

Los choques entre moléculas o entre éstas y las paredes del recipiente son elásticos y cortísima duración.

Para una misma temperatura las moléculas poseen

más energía interna cuando poseen más grado de libertad o

de movimiento



LEYES DE LA TERMODINÁMICA

Del Principio de la Conservación de la Energía se cumple que:

uyedissistemadelatemperaturlasiesaumentaatemperaturlaessisistemadelernaenergíaladeiaciónoCambioU

sistemaelsobreosistemaelporrealizadoTrabajoWsustraídooentregadoCalorQ

min),(;),(;intvar

)()()()(

−+=∆

−+=−+=

No se puede hallar la energía interna en un momento, esto es imposible; pero si se puede hallar la diferencia de energías de un momento a otro.

1º LEY DE TERMODINÁMICA “En todo proceso termodinámico se cumple que la cantidad de calor

entregado o sustraído a un sistema, es igual al trabajo realizado por o sobre el sistema, más el cambio de la energía interna experimentado por

el sistema”

Q (+)

W (+)

UWQ ∆+=

1 2

d

Q12 = W12 + ∆ U12

WQU −=∆



Q (+) = Calor entregado al sistema. Q (-) = Calor liberado por el sistema. W (+) = Trabajo realizado por el sistema. W (-) = Trabajo realizado por el sistema.

U∆ (+) = Aumenta la temperatura del sistema. U∆ (-) = Disminuye la temperatura del sistema.

Q12 = Calor entregado desde el estado (1) hasta el estado (2) W12 = Trabajo realizado por el gas desde el estado (1) hasta el estado (2) ∆U12= variación de la energía desde el estado (1) hasta el estado (2)

Sistema

Q (-)

W (-)

W (+)

Q (+)

Regla de los signos

UWU ∆+=∆



CALORES ESPECÍFICOS PARA GASES A diferencia de los sólidos y los líquidos, en que el calor específico permanece casi constante, en los GASES el valor del calor específico depende de como se caliente el gas: A presión constante, a volumen constante o haciendo variar ambos parámetros.

El calor específico de un gas que se calienta a presión constante es mayor que el de un gas calentado a volumen constante y la relación existente entre ambos es:

1) Un recipiente contiene 400 g del gas hidrógeno a una temperatura de 10º C, si se

calienta manteniendo el volumen constante hasta alcanzar 50º C Calcular la variación de energía interna. El calor específico a volumen constante es de 2,40 cal / g ºC

CgcalCCTCTgm

xU

v º/40,2º50º10

40

2

1

=====∆

calUCgCgcalU

CCgCgcalU

8403º4040º/40,2

)º10º50(40º/40,2

=∆××=∆

−××=∆

Cp - CV = R

)(2

)(99,1

Kmolcal

KmolCalR ==

Cp = Calor específico a presión constante Cv = Calor específico a volumen constante

TmCU v ∆××=∆

AHORA RESOLVEREMOS PROBLEMAS 1º LEY DE TERMODINÁMICA



2) 20 gramos de oxígeno son calentados desde 20º C hasta 120º C, manteniendo la presión constante. Calcular el trabajo realizado si el calor específico a presión constante es de 0,217 cal /g º C y su calor específico a volumen constante es de 0,177 cal / g ºC ).

CgcalC

CgcalCxQ

CTCTgm

v

p

º/177,0

º/217,0

º120º20

20

2

1

=

=====

calQ

CgCgcalQ

434

º10020º/217,0

=

××=

Si nos referimos al Oxígeno como gas ideal :

CgcalCxU

CTCTgm

v º/177,0

º120º20

20

2

1

==∆

===

calU

CgCgcalU354

º10020º/177,0=∆

××=∆

1º Ley de termodinámica:

calWcalcalW

80354434

=−=

3) ¿Calcular el trabajo que producen 2Kg de aire, encerrado a la presión de 76cm Hg

y a una temperatura de 5º C, si por causa de la elevación de temperatura pasa a 10º C y se expansiona con la presión de una atmósfera? Dar la respuesta en Kg m, recuerda que 1 K cal equivale a 427 Kg m

El Calor especifico a volumen constante es de 0,169 cal/g º C El Calor especifico a presión constante es de 0,237 cal/g º C

TmCQ p ∆××=

TmCU v ∆××=∆

WQU −=∆

UQW ∆−=



xQCTCT

CTgKgm

==∆==

==

ª5ª10

º500022

2

1

calQ

CgCgcalQ

3702

º50002º/237,0

=

××=

calU

CgCgcalU

6901

º50002º/169,0

=∆

××=∆

1º Ley de Termodinámica

KcalWcalW

W

680,0680

69013702

==

−=

En 0,680 K cal hay 290 Kg.m

W =290 Kg.m

TmCQ p ∆××=

WQU −=∆

TmCU v ∆××=∆

1 K cal 427 Kgm

W= Q- U∆



4) Un cilindro provisto de un pistón, contiene 1 mol de oxígeno (O2) a 20ªC manteniendo la presión constante de 1atm, se calienta el gas hasta 140º C. Calcular el trabajo realizado.

El Calor especifico a volumen constante es de 0,157 cal/g ºC El Calor especifico a presión constante es de 0,217 cal/g ºC

molecularPesodemolesnMasa ×= º amuOmolecularPeso ..32216)( 2 =×=

321º

º120ª140

1ª20

2

1

==

==∆===

molecularPesodemolesn

xQCT

CTatmP

CT

calQ

CgCg

calQ

28,833

º12032º

217,0

=

××=

calU

CgCg

calU

88,602

ª12032º

157,0

=∆

××=∆

calW

calcalW

4,230

88,60228,833

=

−=

molecularPesoMasamolesden =ª

TmCQ p ∆××=

TmCU v ∆××=∆

W= Q- U∆



5) Se tienen 20Kg de aire a una presión de 2atm y se le calienta isobáricamente de 15º C a 125º C. Calcular el calor entregado, la energía interna, el trabajo realizado y la presión final.

xPxW

xUxQ

CTCT

CTatmP

gKgm

===∆

==∆===

==

º10º125

º152

0002020

2

1

El Calor especifico a volumen constante es de 0,169 cal/g ºC El Calor especifico a presión constante es de 0,239 cal/g ºC

KcalQcalQ

CgCg

calQ

525000525

º11000020º

239,0

==

××=

KcalUcalU

CgCg

calU

8,371800371

º11000020º

169,0

=∆=∆

××=∆

KcalWKcalKcalW

2,1538,371525

=−=

P = cte se cumple P = 2 atmósferas

TmCQ p ∆××=

TmCU v ∆××=∆

W= Q - U∆



PROCESOS TERMODINÁMICOS

Cálculo del calor: El calor entregado para que el gas pase del estado (1) a estado (2) se puede calcular de la siguiente forma:

Cp = Calor específico a presión constante.

Cálculo del Trabajo: (W)

Cálculo de la variación de la energía interna. ( U∆ )

En el proceso Isobárico efectuado por un gas ideal cambia de un estado (1) hasta un estado (2) manteniendo constante su presión. Se realiza un trabajo se modifica su energía interna, y varía su temperatura.

1 2

∆d

df

d0♦ PROCESO ISOBÁRICO: Es aquel proceso termodinámico en el cuál permanece constante la presión.

Q= Cp m ( )T∆

W= P (Vf - V0 )

WQU −=∆



¿QUÉ SON LOS PROCESOS RESTRINGUIDOS? Son los procesos de comportamiento gaseoso en los que logramos que una de las variables de estado termodinámico permanezca constante

Observa en el siguiente cuadro los 3 cambios de estados posibles, manteniendo constante sólo una de las variables de estado.

PARÁMETRO CONSTANTE

NOMBRE DEL PROCESO LEY DE… ECUACIÓN

TEMPERATURA

ISOTÉRMICO

BOYLE-MARIOTTE

teconsPV tan=

PRESIÓN

ISOBÁRICO

CHARLES

teconsTV tan=

VOLUMEN

ISÓCORO (ISOMÉTRICO o ISOVOLUMÉTRICO)

GAY LUSSAC

teconsTP tan=

LEYES FUNDAMENTALES DE LOS GASES IDEALES Los gases tienen un comportamiento bastante definido, y se basan en las siguientes leyes:

LEY DE CHARLES (P = CONSTANTE) “A presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta” Que matemáticamente se traduce en: T1 y T2: temperaturas absolutas

2

2

1

1tanTV

TVtecons

TV

=⇒=



Cálculo del Trabajo (W) Cálculo de la Energía Interna ( U∆ ) Cálculo del Calor Entregado

WQWQU

−=−=∆

0

♦ PROCESO ISOTÉRMICO: Es aquel proceso termodinámico en el cuál la temperatura permanece constante.

i f

W= 2,3 Pi Vi [ Log ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

i

f

VV ]

0=∆ U

WQ =



Cálculo del Trabajo : Puesto que no existe desplazamiento; el trabajo realizado por el gas es nulo. Cálculo de la variación de la Energía Interna : ( U∆ )

=∆ U Q – W =∆ U Q - 0

LEY DE BOYLE –MARIOTTE: (T = CONSTANTE) “A temperatura constante, el producto de la presión por el volumen de una masa gaseosa es constante” Lo que equivale decir: “A temperatura constante, la presión de un gas es inversamente proporcional a su volumen” P1 Y P2 : Presiones V1 y V2 : Volúmenes P1 V1 = P2 V2

♦ PROCESO ISOCÓRICO: Es aquel proceso termodinámico en el cuál al incrementar una cantidad de calor, el volumen permanece constante.

QU =∆



Cálculo del calor entregado Cv = calor específico del gas a volumen constante En todo proceso termodinámico se cumple: Cv = calor específico del gas a volumen constante. ¿QUÉ ES UN GAS IDEAL?

.

Es aquel gas imaginario que cumple exactamente con los postulados de LA TEORÍA CINÉTICO MOLECULAR. por consiguiente cumple perfectamente con las leyes de los gases; de ahí el nombre de gas ideal o perfecto

LEY DE GAY LUSSAC (V = CONSTANTE) “A volumen constante, la presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta” T1= Tº +273 T2= Tº +273 (Escala ºK)

2

2

1

1tanTP

TPtecons

TP

=⇒=

)( TmCQ v ∆=

)( TmCU v ∆=∆



¿QUÉ ES UN GAS REAL? Son los gases (que existen) cuyas moléculas están sujetas a las fuerzas de atracción

(mínima) y repulsión. Solamente a bajas presiones y altas temperaturas las fuerzas de

atracción son despreciables y se comportan como gases ideales.

HIPOTESIS DE LOS GASES IDEALES:

Un gas está constituido por pequeñas partículas (moléculas).

Las moléculas están en constante movimiento y éste es completamente al azar.

En un gas no hay fuerza de atracción molecular, sólo existe energía cinética.

Las colisiones de las moléculas son perfectamente elásticas. ECUACIÓN DE ESTADO DEL GAS IDEAL Ahora vamos a definir algunos conceptos:

Cantidad de sustancia (n) :

Se expresa en moles, y su valor se obtiene dividiendo la masa (m) del gas en g entre su “peso” molecular ( )M expresado en g/mol

Mmn =



El número Avogadro (NA) Es el número de moléculas que hay por cada mol de una sustancia, y es el mismo cualquiera que sea la sustancia.

ECUACIÓN UNIVERSAL DE LOS GASES IDEALES

Experimentalmente se encuentra que todos los gases se comportan esencialmente de la misma manera, siempre que sus densidades sean pequeñas, esto es, a temperaturas altas y presiones bajas.

atemperaturTgaseslosdeuniversalteconsR

gasundemasalaencontenidosmolesdenúmeronvolumenVpresiónP

=====

tan

olecularPesoMDensidadDPesoW

=

==

LA CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES (R)

NNN A = molmoléculasNA /10023,6 23×=

TRnVP =

KelvingradosKKmollatmR =⇒

•= º

º082,0

MTRWVP =

TRDMP = MWn =

VWD =

KgmollHgmmR

º4,62

××

=



TEORÍA CINÉTICA DE LOS GASES:

LA CINÉTICA DE GASES SE BASA EN EL ESTUDIO DE LAS RELACIONES DE LA AGITACIÓN TÉRMICA, TEMPERATURA Y PRESIÓN.

Los gases están formados por un gran número de moléculas que se mueven continuamente.

En su desplazamiento, las moléculas chocan entre sí y con las paredes del

recipiente que las contiene. Este estado de continuo movimiento se llama AGITACIÓN TÉRMICA

El grado de agitación térmica determina la temperatura del gas. A mayor

temperatura las moléculas tienen mayor agitación térmica, es decir, se mueven más rápidamente. En este continuo movimiento, las moléculas chocan con las paredes del recipiente y producen sobre él una presión.

El globo aerostático contiene gas a altas

temperaturas

AHORA RESOLVEREMOS PROBLEMAS SOBRE

GASES



1) Cierta cantidad de gas ocupa 50 cm3 a la presión de 2,5 atm. ¿Cuál será la presión si tiene un volumen de 100 cm3 y si la temperatura se mantiene constante? Ley de Boyle Mariotte.

32

2

1

31

100

5,250

cmV

xPatmPcmV

=

===

2211 VPVP =

2

112 V

VPP =

l

latmP100

505,22

×=

atmP 25,12 = 2) Una masa de gas amoniaco ocupa un volumen de 10 m3 a 650mm de mercurio.

Hallar el volumen si su presión es el doble y si la temperatura no varía. Ley de Boyle Mariotte.

teconsTHgmmP

xVHgmmP

mV

tan1300)650(2

65010

2

2

31

===

===

2211 VPVP =

Hgmm

mHgmmV3001

10650 3

2×

=

lV 52 =



3) La presión que se ejerce sobre 30 litros de un gas aumenta desde 25 atm a 83 atm. Calcular el nuevo volumen si la temperatura permanece constante. Ley de Boyle Mariotte

xVlVatmPatmP

====

2

1

2

1

308325

2211 VPVP =

2

112 P

VPV ×=

atm

latmV83

30252

×=

lV 036,92 = 4) A la temperatura de 50 ºK una masa gaseosa ocupa un volumen de 150 cm3. Hallar

el volumen a 300 ºK si se mantiene la presión constante. Ley de Charles

teconsPKT

xVcmV

KT

tanº300

150

º50

2

2

31

1

====

=

1221 TVTV =

1

212 T

TVV =

K

KcmVº50

º300150 3

2×

=

3

2 900 cmV =



5) Una masa gaseosa ocupa 250 cm3 a 17 º C. Si la presión se mantiene constante ¿Cuál será el volumen de dicha masa gaseosa a 7ºC. Ley de Charles

KCTxV

PKCT

cmV

C

º280273º7

º290273º17250

2

2

1

31

=+===

=+==

1221 TVTV =

1

212 T

TVV ×=

K

KcmVº290

º280250 3

2×

=

3

2 37,241 cmV =

6) Un tanque metálico contiene gas a la temperatura de 10º C y a la presión de 10 atm.

Si la temperatura del gas se eleva a 50º C y suponiendo que no hubiera variación en el volumen del tanque. Calcular la presión en el interior del mismo a esa nueva temperatura. Ley de Gay Lussac

xPatmPCTCT

==

=+==+=

2

1

2

1

10323273º50283273º10

1221 TPTP =

1

212 T

TPP =

K

KatmPº283

ª323102

×=

atmP 41,112 =



7) Un recipiente contiene 100g de hidrógeno a 3 atmósferas de presión y a 17º C. Se calienta, manteniendo el volumen constante, hasta alcanzar una temperatura de 27º C. Calcular la presión final. Ley de Gay Lussac

KTxP

atmPKCT

º300

3º290273º17

2

2

1

1

===

=+=

2

2

1

1

TP

TP=

1

212 T

TPP =

K

KatmPº290

º30032

×=

atmP 10,32 =

8) Un gas ocupa un volumen de 50litros a 27º C y a una determinada presión ¿Qué

volumen ocupará cuando la presión absoluta aumenta 10% y la temperatura relativa crece en 40%.Ley Grl. de Gases Ideales

1,11

ª8,3102738,37º300273ª27

50

2

1

2

1

2

==

=+==+=

==

PatmP

KTKCT

xVlV

1,11,011,0

%10___%100___1:Pr

=+==

Pxx

esión

KT

xx

aTemperatur

º8,3102738,378,37278,10

8,10%40___

%100___27:

=+==+

=



2

22

1

11

TVP

TVP

=

33015540

º3001,1501º8,310

2 =×

××=

KlKV

lV 09,472 =

9) Dada una masa de helio de 10m3 a 17º C y 760mm de presión, hallar su volumen a -5ºC y 400 mm. Ley Grl. de Gases Ideales

HgmmPKT

xVHgmmP

KTmV

400º268273º5

760º300273º17

10

2

2

2

1

1

31

==+−=

==

=+==

2

22

1

11

TVP

TVP

=

21

1122 PT

VPTV =

HgmmKmHgmmKV

400º30010760º268 3

2 ×××

=

32 97,16 mV =

12

1122 TP

VPTV =

0001208000362 3

2mV =



10) Cuál es el volumen de 80g de amoniaco (NH3) a 100º C y 700mm de Hg Ecuación Universal de los Gases.

gM

amoniacodelmolecularpesoelhallarparaatómipesos

lossumansequecuerdaHgmmP

KCTgm

xV

17

cosRe

700º373273º100

801

=

==+=

==

TRnVP =

molesgg

Mmn 70,4

1780

===

P

TRnV =

HgmmKmol

KlHgmmmol

V700

ºº3734,6270,4 ×•×

=

lV 47,156=

11) ¿Qué volumen tendrá una masa de 102gramos de amoniaco NH3 para que a temperatura de 30º C ejerza una presión de 3 atmósferas. Ecuación Universal de los Gases.

KmollatmR

atmósferasPKCT

gmxV

º082,0

3º303273º30

102

1

•=

==+=

==

Mmn =



ggn

17102

=

molesn 6=

PTRnV =

atmKmol

Klatmmoles

V3

ºº313082,06 ×•×

=

399,153 lV =

lV 33,51=

Enunciado: 2º LEY DE TERMODINÁMICA:

a) Es imposible construir un motor térmico que no tenga tubería de escape; esto implica que siempre se perderá calor por esta tubería

♣ “No es posible convertir todo el calor (Q1) que se entrega en trabajo (W)”.

b) Hemos visto que una máquina térmica no es posible convertir todo el calor en trabajo

♣ “Es imposible construir una máquina térmica 100% eficiente”

c)Es imposible que el calor fluya espontáneamente (por si sólo) de menor temperatura a otra de mayor temperatura.

♣ “Para que el calor pueda fluir de a menor a mayor temperatura es indispensable realizar trabajo; esto sucede en las refrigeradoras”



RENDIMIENTO O EFICIENCIA DE UNA MÁQUINA TÉRMICA: Se llama eficiencia de una máquina térmica a la relación que hay entre el trabajo mecánico útil que nos rinde la máquina y la energía calorífica total que se le suministra. W = trabajo realizado por la máquina Q = calor total entregado El Rendimiento de una máquina térmica también se calcula así. Q1 = calor entregado Q2 = calor absorbido por la fuente fría o calor no aprovechado en realizar un trabajo. Y también se puede calcular el rendimiento así

T1= temperatura absoluta mayor T2= temperatura absoluta mayor. Sadi Carnot demostró que la eficiencia de una máquina puede darse en función de las

temperaturas absolutas de la fuente caliente y de la fuente fría

(El frío no existe es sólo la ausencia de temperatura)

1

21

TTTR −

=

100×=QW

R

1

21

QQQR −

=



1) Una máquina térmica funciona entre 317º C y 17º C. Si se le suministra 10K cal

¿Qué cantidad de calor entregado se transforma en trabajo útil?

xWxR

calKQCKCTKKCT

xR

===

=+==+=

=

10º290º273º17º590º273º317

2

1

%5010050,0

590300

590290590

=×=

=

−=

R

R

R

Transformamos el calor en trabajo:

kcalWKcalW

QRW

5001050

=×=

×=

AHORA RESOLVEREMOS PROBLEMAS SOBRE 2º LEY DE TERMODINÁMICA

%1001

21 ×−

=T

TTR



2) Una máquina térmica trabaja extrayendo calor de una fuente caliente que está a 527ºC y bota por el escape los gases a 87ºC ¿Cuál es la eficiencia del sistema?

KKCTKKCT

xR

º306º273º33º800º273º527

2

1

=+==+=

=

%75,61

%100617,0º800º494

º800º306º800

=

×==−

=

R

KK

KKKR

3) Una máquina térmica trabaja extrayendo calor de una fuente caliente que esta a 350º C y bota por el escape los gases a 50º C ¿Cuál es la eficiencia del sistema?

xRKKCTKKCT

==+==+=

º323º273º50º623º273º350

2

1

623

323623−=R

623300

=R

%1001

21 ×−

=T

TTR

%1001

21 ×−

=T

TTR

%4810048,0

=×=

RR



4) Determinar la máxima temperatura ideal que puede tener el sumidero con que trabaja una máquina térmica reversible, el que tiene una fuente de 600º K y que trabaja con una eficiencia de 30%

• La máxima temperatura se producirá cuando la máquina sea de Carnot

xTTn

==

==

2

1 600%30,0%30

KTTTT

TTRTTRTTTTTR

º420420

60018060060030,0

2

2

2

2

112

121

211

=−=−

−=−−×=−

−×=−×=−−=×

CTKKT

º147º273º420

2

2

=−=

600ºK fuente

Ts Sumidero

W

1

21

TTTR −

=



5) Una máquina térmica trabaja bajo el ciclo de Carnot entre las temperaturas de 100º K y 400º K. Si en cada ciclo levanta un bloque de 300N hasta una altura de 20m. Determinar el calor absorvido por la fuente en cada ciclo. 1 cal equivale a 4,2 J

KTKT

xR

º400º100

2

1

===

KKKR

º100º100º400 −

=

75,0=R

1

21

TTTR −

=

T1= 400ºK

T2= 100ºK

W

Q=x



Recordando la fórmula de Trabajo

mdNF

xW

20300

===

JouleFmNF

600020300

=×=

JoulexJoulecal

0006_______2,4______1

calx 4281=

calW 4281=

%100_______%75______4281

xcal

calQ 9041=

dFW ×=



Conceptos básicos: 1) Funcionamiento de un motor de Combustión Interna.

El combustible (gasolina) colocado en el cilindro del motor al ser quemado libera su energía en forma de calor “Q1” aumentando violentamente la presión y la temperatura de los gases del cilindro.

El aumento de la presión y la temperatura en el interior del cilindro dilatan los gases empujando los pistones, moviendo de este modo el mecanismo interno del motor realizándose un trabajo “W”.

2) Representación d e un motor.

T1 = Temperatura que alcanza la combustión

Q1 = Calor que se entrega al motor “M” debido a la combustión.

W = Trabajo que desarrollan los gases calientes.

T2= Temperatura en la tubería de escape.

Q2 = Calor perdido (desaprovechado) en el escape ya que los gases salen aún calientes.

PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

Q1 = W + Q2 W= Q1 - Q2



La 2º Ley de Termodinámica lo observaremos también en el siguiente dibujo. • El calor fluye espontáneamente de los cuerpos calientes a los fríos. • Se puede lograr que el calor fluya de un cuerpo frío a otro caliente; pero para ello

es necesario realizar trabajo.

• Una máquina térmica es un dispositivo que permite transformar la energía

calorífica en energía mecánica. El rendimiento de una máquina térmica no puede

ser nunca el 100 %

Vapor de agua Temperatura alta

Aire Temperatura baja

El calor fluye del vapor de agua hacia el aire.

¿Es posible que el

aire entre a la tetera

espontáneamente?

mód_física_5_sec_i_bim

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