Clase1 fisica

8/18/2019 Clase1 fisica

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Física II – UTN – FRBA CLASE 1: Calor y Temperatura Página 1 de 12

Luis Barrios ([email protected])UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL BUENOS AIRES

FISICA II

Z–2154

Año 2011


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Programa

Variables de Estado. Temperatura y Calor Campo Magnético

Calorimetría. Transferencia de Calor Fuentes de Campo Magnético

Principios de la Termodinámica Inducción Magnética

Carga y Campo Eléctrico Corriente Alterna

Potencial Eléctrico Ondas Electromagnéticas

Capacidad Eléctrica y Dieléctricos Óptica Física: Interferencia

Corriente Eléctrica y Circuitos deCorriente Continua.

Óptica Física: Difracción

PRIMER PARCIAL SEGUNDO PARCIAL


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Parciales

2 parciales + 2 recuperatorios por parcial.

5 problemas por parcial. Aprobación: 3B o 2B + 2R.

Bibliografía

F. W. Sears, M. W. Zemansky, H. D. Young, R. A. FreedmanFísica universitaria con física moderna, volumen 2.Duodécima edición. PEARSON EDUCACION, México, 2009.

P. A. Tippler, G. MoscaFísica para la ciencia y la tecnología, volumen 2Reverté, 5ta Edición, España 2005.

R. Resnick, D. HallidayFísica, partes 1 y 2.Compañía Editorial Continental S. A., México, 1986.

Guías de problemas:• Guía de problemas – 2003 – BF1CP10• Guía de problemas de Calor y Termodinámica, Corriente Alterna, Óptica Ondulatoria – 2006 –

BF1CP11


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Sistemas Termodinámicos – Variables de estado

Sistema:

Porción de materia o región delespacio elegida para estudio.

Abierto: Hay intercambio de masa y/oenergía con el MA.

Cerrado: No hay intercambio de masacon el MA.

Aislado: No hay intercambio de

energía con el MA.

El estado termodinámico de un sistema queda determinado a través de un conjunto demagnitudes denominadas variables de estado o coordenadas termodinámicas .

E {masa, presión, volumen, temperatura, densidad, viscosidad, conductividad térmica o eléctrica, U, H, etc.}

SISTEMA

MEDIO AMBIENTE

LIMITE

ENERGIAE{m, p, V, T,..}


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Sistemas Termodinámicos – Cambios de estado

Proceso Termodinámico: El sistema cambia de estado (¡no de fase !) como resultado delintercambio de energía con el medio ambiente.

EJEMPLOS:

ProcesoTermodinámico

Estado 1

{m1, p1, V1, T1,..}

Estado 2

{m2, p2, V2, T2,..}

ENERGIA


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Temperatura y Calor. Equilibrio Térmico

Al poner en contacto térmico dos cuerposa

diferentes temperaturas , se establece unflujo de energía , llamado CALOR (Q)desde el cuerpo más caliente hacia el másfrío.

Este proceso finaliza cuando se igualan lastemperaturas, es decir, cuando se llega alEquilibrio Térmico.

Dos sistemas están en equilibrio térmico si y sólo si están a la mismatemperatura.

CALOR: es la energía en tránsito entre sistemas a diferente temperatura.

Hierro

150 ºC

Cobre

20 ºC

Cobre

Hierro

Cobre

70 ºC

Hierro

70 ºCC

A

L

O

R

SistemasAislados

Transferenciade CALOR

EquilibrioTérmico


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Principio Cero de la Termodinámica

Si A y B están en equilibrio térmico con un tercer cuerpo C, entonces A y B están enequilibrio térmico entre sí.

La propiedad termodinámica común de los sistemas en equilibrio térmico es la temperatura.

El sistema C podría ser un termómetro.

C

Conductor

A

Conductor

B

TA = TC y TB = TC TA = TB

C

Aislante

A

Aislante

B


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Termómetros

1. Principio: Sustancia termométrica que posee una propiedad X que varía con la temperatura.

Ejemplos:

Dilatación del mercurio o alcohol (metanol): X Altura de la columna.

Presión del gas en un recipiente de volumen constante: X Presión.Torsión de una barra bimetálica debido a diferentes dilataciones: X magnitud de la torsión.

Resistividad eléctrica: X Resistencia eléctrica.


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2. Medición de la propiedad X: 3. Escala y Calibración:

Si la variación de X con T es (aprox.) lineal, al menosen el rango de trabajo Puedo hallar T(X) = a X + c

Se debe establecer (conocer) el valor de X para valores de temperatura conocidos.

CONVERSION: 32][5

9][ +°=° C T F T

X

X2

X1

X0

T1 T2 T [°C]0

CELSIUS °C FARENHEIT °F

0 32

100 212

100 divisiones 180 divisiones

Fusióndel hielo

Ebullicióndel agua


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Termómetro de gas – Escala Kelvin

i. Gases reales a bajas presiones se comportan como un gas ideal: pV = nRT ii. Las rectas extrapoladas a p = 0 convergen en la misma temperatura: T = -273.15 ºC

iii. Kelvin adoptó la escala con el cero en -273.15 ºC Escala de Gas Ideal o Escala Absoluta.

La forma funcional es simplemente: T( p) = (Cte.) p 2

1

2

1

)(

)(

p

p

pT

pT = Problema 2

Sólo es necesario un punto de calibración patrón: Ttr = 273.16 K (Punto triple del agua)

En general: T(Xtr) = 273.16 K tr tr X

X

X T

X T =

)(

)(

=

tr X

X K X T 16.273)(

p

100 T [°C]0

GAS 2

GAS 3

GAS 1

-273,15 ºC


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Expansión Térmica

Enfoque microscópico Enfoque termodinámico

Dilatación lineal:

Ley experimental: ∆∆∆∆L = αααα L0 ∆∆∆∆T

αααα: Coeficiente de dilatación lineal (1/ºC o 1/K)Notar que: L = L0 (1 + αααα ∆∆∆∆T)

Dilatación superficial: ∆∆∆∆S = γ γγ γ S0 ∆∆∆∆T S = S0 (1 + γ γγ γ ∆∆∆∆T)

Dilatación volumétrica: ∆∆∆∆V = ββββ V0 ∆∆∆∆T

V = V0 (1 + ββββ ∆∆∆∆T) Son leyes aproximadas de validez acotada. En general son válidas si |αααα ∆∆∆∆T |


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Coeficientes de expansión lineal:

Para materiales sólidos hay una relación entre loscoeficientes:

ββββ ≅≅≅≅ 3αααα y γ γγ γ ≅≅≅≅ 2αααα

Coeficientes de expansión volumétrica:

Material ββββ [1/K o 1/ºC]Aluminio 7,2 × 10-5 Latón 6,0 × 10-5 Cobre 5,1 × 10-5 Acero 3,6 × 10-5 Vidrio 1,2 – 2,7 × 10-5

LíquidosEtanol 75 × 10-5 Glicerina 49 × 10-5 Mercurio 18 × 10-5

Problemas 3 y 4.a)Nota: Variación del volumen del agua con la temperatura.

FIN CLASE 1

Material αααα [1/K o 1/ºC]Aluminio 2,4 × 10-5

Latón 2,0 × 10-5 Cobre 1,7 × 10-5 Acero 1,2 × 10-5 Vidrio 0,4 – 0,9 × 10-5

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