Zusammenfassung der Ressource
CONCEPTOS
BÁSICOS
- 1.1 TERMODINÁMICA Y
ENERGÍA
- Termodinámica
- Ciencia de la
energía
- Primera ley de la
termodinámica
- La energía es una
propiedad termodinámica
- Segunda ley de la
termodinámica
- La energía tiene calidad
así como cantidad, y los
procesos reales ocurren
hacia donde disminuye
la calidad de la energía
- Rama de la física que
se ocupa de la energía
y sus transformaciones
en los sistemas
- Energia
- Capacidad para
causar cambios
- Principio de
conservación de
la energía
- Durante una interacción, la
energía puede cambiar de una
forma a otra pero su cantidad
total permanece constante
- La energía no se crea ni
se destruye; sólo se
transforma (primera ley)
- El cambio en el
contenido energético de
un cuerpo o de cualquier
otro sistema es igual a:
- Diferencia entre
la entrada y la
salida de energía
- 1.2 ENERGÍA Y
MEDIO AMBIENTE
- La conversión de una
energía a otra afecta
frecuentemente y en
diversas formas al ambiente
y al aire que respiramos
- El smog
- Constituido de
ozono ubicado al
nivel del suelo (O3)
- El ozono
- Irrita los ojos y daña los alvéolos de los
pulmones en los que se intercambia
oxígeno y dióxido de carbono
- La fuente más grande
de contaminación del
aire son los motores de
los vehículos
- Liberan contaminantes que se
agrupan como hidrocarburos (HC),
óxidos de nitrógeno (NOx) y
monóxido de carbono (CO)
- Lluvia ácida
- Efecto invernadero
- Calentamiento global
- Cambio climático
- 1.3 REPASO DE SISTEMAS
DE UNIDADES
- Cualquier cantidad
física se caracteriza
mediante dimensiones
- Las magnitudes asignadas
a las dimensiones se
llaman unidades
- Dimensiones
Primarias o
Fundamentales
- masa (m)
- longitud (L)
- temperatura (T)
- tiempo (t)
- Dimensiones
secundarias o
Dimensiones
derivadas
- Velocidad (V)
- Energía (E)
- Volumen (V)
- Actualmente se
usan dos sistemas
de unidades:
- El sistema métrico (SI)
- Sistema simple y lógico
basado en una relación
decimal entre las
distintas unidades
- Las siete dimensiones
fundamentales y sus
unidades en el SI
- Prefijos estándar
en unidades SI
- La unidad de
fuerza es el
newton (N)
- Fuerza requerida
para acelerar una
masa de 1 Kg a
razón de 1 m/?2
- 1 N= 1 kg.m/?2
- El sistema ingles
- No tiene base numérica sistemática
evidente y varias unidades de este
sistema se relacionan entre si de manera
bastante arbitraria (12 pulgadas=1 pie, 1
milla=5280 pies, 4 cuartos=1 galón, etc.),
- ejemplos de
unidades SI e
Inglesas
- Las unidades de masa y longitud
en los dos sistemas se
relacionan entre si mediante:
- 1 lbm= 0.45359kg
1 ft= 0.3048 m
- La unidad de
fuerza es la
libra-fuerza (lbf)
- Fuerza requerida para
acelerar una masa de
32.174 lbm (1 slug) a
razón de 1 ft/?2
- 1 lbf= 32.174 lbm.
ft/?2
- 1.4 SISTEMAS ABIERTOS
Y CERRADOS
- Sistema cerrado o
masa de control
- Puede intercambiar
energía con el entorno,
pero no materia
- Ejemplos
- Una botella con agua
dentro del frigorífico
- Cantidad de
masa fija
- Si la energia tampoco
puede cruzar las
fronteras se llama
sistema aislado
- Sistema abierto
volumen de control
- Puede intercambiar con el entorno
tanto materia como energía,
generalmente en forma de calor
- Ejemplos
- La Tierra, una olla
descubierta con agua
hirviendo, la célula.
- Region en el espacio
- 1.5 PROPIEDADES DE
UN SISTEMA
- Propiedades
intensivas
- no dependen
de la masa
- Densidad
- Presión
- Temperatura
- Propiedades
extensivas
- Energia
interna
- Masa
- Volumen
- dependen
de la masa
- éstas por unidad
de masa se llaman:
- Propiedades especificas
- Volumen
especifico
- v=V/m
- Energia total
especifica
- e=E/m
- 1.6 ESTADO Y
EQUILIBRIO
- Equilibrio
- define un estado
de balance
- Equilibrio mecánico
- se relaciona con la presión, y un
sistema lo posee si con el tiempo
no hay cambio de presión
- Equilibrio químico
- si su composición química
no cambia con el tiempo,
es decir, si no ocurren
reacciones químicas.
- Equilibrio térmico
- En un estado de equilibrio no hay
potencilaes desbalanceados (o fuerzas
impulsoras) dentro del sistema
- no experimenta cambios
cuando es aislado de sus
alrededores
- Un sistema está en equilibrio térmico si
tiene la misma temperatura en todo él
- 1.7 PROCESOS
Y CICLOS
- Proceso
- Cualquier cambio de un estado
de equilibrio a otro
experimentado por un sistema
- Trayectoria del proceso
- Serie por la que pasa
un sistema durante
este proceso
- Para describir completamente
un proceso se debe especificar
sus estados inicial y final
- Ciclos
- Cuando el fluido se somete
a diferentes procesos y
vuelve a su estado original
- Las propiedades definen
el estado de ese fluido
- Para medir o calcular estas
propiedades, el fluido dentro del
sistema debe encontrarse en
una condición de equilibrio.
- 1.8 DENSIDAD
- Esta magnitud de la materia, es una
medida del grado de compactación
de un material o sustancia
- cantidad de masa por
unidad de volumen
- Densidad absoluta
- Se representa por ρ y sus unidades
en el Sistema Internacional son el
kilogramo por metro cúbico
(kg/m3)
- Su formula se expresa,
ρ=m/V
- ρ es la densidad
- m es la masa
- V es el volumen
del determinado
cuerpo
- varía con los cambios de
presión y temperatura
- Densidad relativa
- Es la relación existente entre la densidad de esa
sustancia y la otra sustancia que se escoja de referencia
- Es una magnitud
adimensional (sin
unidades)
- ρr=ρ/ρ0
- ρr es la densidad
relativa
- ρ es la densidad
de la sustancia
- ρ0 es la densidad de
la sustancia tomada
de referencia
- 1.9 TEMPERATURA Y LA
LEY CERO DE LA
TERMODINÁMICA
- Ley cero de la termodinámica
- Establece que si dos cuerpos se encuentran
en equilibrio térmico con un tercero, están
en equilibrio térmico entre sí
- o Ley del equilibrio térmico
- Temperatura
- Percepción macroscópica de la energía
interna de las moléculas de un cuerpo
- La temperatura que se usa en
termodinámica es la temperatura absoluta
- La escala de temperatura
termodinámica en el SI es
la escala Kelvin
- Escalas
- La escala Kelvin se
relaciona con la
Celsius mediante
- T (K)= T (°C) + 273.15
- La escala Rankine se
relaciona con la
Fahrenheit mediante
- T (R) =T (°F) + 459.67
- Las escalas de temperatura en
los dos sistemas de unidades
se relacionan mediante
- T (R) =1.8T (K)
- T (°F)= 1.8T (°C) + 32
- 1.10 PRESIÓN
- Fuerza normal que ejerce
un fluido por unidad de
área
- Se habla de presión
sólo cuando se trata
de gas o líquido
- Tiene como unidad
los newtons por
metro cuadrado
(N/m2)
- También
conocida como
pascal (Pa)
- 1 Pa = 1 N/m^2
- La presión también se usa para sólidos
como sinónimo de esfuerzo normal
- Es la fuerza que actúa perpendicularmente
a la superficie por unidad de área
- La presión real en una determinada
posición se llama presión absoluta
- se mide respecto
al vacío absoluto
- 1.11 FORMAS DE
ENERGÍA
- Energía térmica
- se debe al movimiento de
las partículas que
constituyen la materia
- La transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a
una diferencia de temperatura se denomina calor
- Energía eléctrica
- Causada por el movimiento de las cargas eléctricas
en el interior de los materiales conductores
- produce, fundamentalmente, 3 efectos
- luminoso
- Térmico
- Magnético.
- Energía radiante
- Poseen las ondas
electromagnéticas
- la luz visible, las ondas de radio,
los rayos ultravioleta (UV), los
rayos infrarrojo (IR), etc.
- se puede propagar en el
vacío, sin necesidad de
soporte material alguno.
- Energía química
- Se produce en las
reacciones químicas
- Una pila o una batería
poseen este tipo de energía
- Energía nuclear
- Energía almacenada en el núcleo de los
átomos y que se libera en las reacciones
nucleares de:
- fisión
- Fragmentación de un núcleo "pesado" (con
muchos protones y neutrones) en otros dos
núcleos de, aproximadamente, la misma masa, al
mismo tiempo que se liberan varios neutrones.
- fusión
- Unión de varios núcleos "ligeros" (con
pocos protones y neutrones) para
formar otro más "pesado" y estable, con
gran desprendimiento de energía