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