DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO  

Física III  

 

 2   [ POLITÉCNICO GRANCOLOMBIANO]

• CARTA  DE  BIENVENIDA  

Estimados  participantes:    

 

Es   un   placer   para   el   equipo   estar   con   ustedes   en   este   ambiente   virtual,   pues  sabemos  que  para  aquellos  que  quieren  aprender  y  enfrentar  nuevos  retos  no  hay  límites  ni  de  tiempo  ni  de  espacio  que  se  interpongan.  

 

El  mundo  de   hoy   nos   invita   a   nuevas   alternativas,   en   las   cuales   todo   aquel   que  quiera  avanzar  opta  por  tomarlas,  para  así  estar  a  la  altura  de  las  exigencias  de  un  mundo  moderno  y  competitivo.  Es  por  esto  que  los   invito  a  este  nuevo  reto  que  muy  seguramente  será  de  gran  importancia  para  la  vida  de  cada  uno  de  ustedes,  en  donde  abordaremos  la  aventura  de  tratar  de  entender  la  mecánica  del  mundo,  enmarcado  en  la  asignatura  Física  III:  Termodinámica  y  mecánica  de  fluidos.  

 

Para  el  módulo  de  Física  III,  es  recomendable  dominio  por  parte  del  estudiante  de  los  temas  tratados  en  los  programas  de  los  módulos  de  Física  I  y  II,  en  especial  los  temas   relacionados  con  energía  y  potencia.   La  evaluación  de   los   temas  de  Física  presenta  varias  facetas,  las  pruebas  tipo  cuestionario,  participación  en  el  foro  y  la  evaluación  de  informes  de  laboratorio.  

 

Firma:  Equipo  de  tutores  

 

 

 

 3 [ FÍSICA III ]

• FICHA  TÉCNICA    NOMBRE  DEL  MÓDULO:  FÍSICA  III  AUTOR:  MIGUEL  ÁNGEL  BERNAL  YERMANOS  FACULTAD:  INGENIERÍA  Y  CIENCIAS  BÁSICAS                                                                                                                                                                                                                                                                    DEPARTAMENTO:  CIENCIAS  BÁSICAS                                                                                      Correo  electrónico  oficial:  mabernal@poli.edu.co    Objetivos    de  Aprendizaje    del  Módulo    ¿Cuáles  son  las  características  que  los  estudiantes  estarán  en  capacidad  de  practicar    al  finalizar  el  módulo?    1.    Reconocer  los  conceptos  y  magnitudes  básicas  de  la  termodinámica  2.    Identificar    las  diferentes  formas  de  la  energía  dentro  de  un  sistema  de  estudio  3.  Aplicar  correctamente  la  primera  ley  de  la  termodinámica  en  el  análisis  termodinámico  de  sistemas  cerrados  (masa  de  control)  y  sistemas  abiertos  (volúmenes  de  control)  y  los  relacione    con  dispositivos  en  aplicaciones  industriales  4.  Relacionar    las  nociones  de  energía  y  entropía  en  el  análisis  de  esquemas  fundamentales  de  las  máquinas  térmicas  5.    Analizar    correctamente  la  termodinámica  de  los  ciclos  de  potencia  con  fundamento  en  la  primera  y  segunda  ley  de  la  termodinámica.      

 

 

 

 

 

 

 

 

 4   [ POLITÉCNICO GRANCOLOMBIANO]

• MAPA  DEL  MÓDULO    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 5 [ FÍSICA III ]

• GLOSARIO      

• ACELERACIÓN  ANGULAR  INSTANTÁNEA:  magnitud  física  que  informa  la  rapidez  con  que  cambia   la   velocidad   angular   de   una   partícula   cuando   el   intervalo   de   tiempo   de  observación  tiende  a  cero.  La  unidad  S.I  es  rad/s.  

 • ALREDEDOR  O  EXTERIOR:  espacio  que  rodea  al  sistema.  

 • CALIDAD:  proporción  de  masa  de  vapor  que  hay  en  la  masa  total  de  la  sustancia.  

 • CALOR:   energía   que   se   transfiere   entre   dos   sistemas   en   contacto   térmico   debido   a   la  

diferencia   de   temperatura   entre   ellos.   El   calor   es   energía   en   transición   y   desaparece  cuando  los  sistemas  alcanzan  el  equilibrio  térmico.  

 • CALOR  ESPECÍFICO:  cantidad  de  energía  en  forma  de  calor  que  hay  que  agregar  o  quitar  

para  elevar  o  disminuir  en  un  grado  centígrado  la  temperatura  de  una  unidad  de  masa  de  la  sustancia  en  cuestión.  

 • CALOR  LATENTE  DE  FUSIÓN:  calor  que  se  necesita  agregar  a  una  sustancia  para  pasar  de  

la  fase  solida  a  liquida  o  viceversa.    

• CALOR  LATENTE  DE  VAPORACIÓN:  calor  necesario  para  pasar  de  la  fase  liquida  a  la  fase  gaseosa  o  viceversa.  

 • CALORÍA:  cantidad  de  energía  en  forma  de  calor  necesaria  para  elevar  la  temperatura  de  

un  gramo  de  agua  a  una  atmosfera  desde  14.5  grados  Celsius  hasta  15.5  grados  Celsius.    

• CALORIMETRÍA:  ciencia  encargada  de  la  medición  del  calor.    

• CÁMARA  DE  MEZCLADO:  dispositivo  diseñado  para   la  mezcla  de  fluidos  que  consta  de  dos  o  más  entradas,  una  cámara  principal  donde  ocurre  el  mezclado  y  usualmente  una  salida.  

 • CAPACIDAD   CALORÍFICA:   cantidad   de   energía   (calor)   necesaria   para   aumentar   la  

temperatura  de  esa  masa  de  sustancia  en  un  grado  centígrado.    

• CICLO:  proceso  que,  al  ser  ejecutado,  el  sistema  regresa  a  su  estado  inicial.    

• COMPRESOR:  dispositivo  diseñado  para  aumentar  la  presión  de  un  fluido.  

 

 6   [ POLITÉCNICO GRANCOLOMBIANO]

 • DENSIDAD:  masa  por  unidad  de  volumen.  

 • DENSIDAD  RELATIVA:  razón  de  la  densidad  de  alguna  sustancia  entre  la  del  agua.  

 • DIFUSOR:  tobera  en  sentido  contrario.  

 • ECUACIÓN  DE  BERNOULLI:  ecuación  que  expresa  la  conservación  de  la  energía.  

 • ECUACIÓN  DE  CONTINUIDAD:  relación  que  establece  la  igualdad  del  flujo  másico  de  un  

punto  a  otro.    

• EFICIENCIA:  cantidad  de  energía  que  se  logra  transferir  en  un  proceso.    

• EMPUJE:   fuerza   ascendente   que   experimenta   un   cuerpo   al   estar   total   o   parcialmente  inmerso  en  un  fluido  y  que  es  igual  al  peso  del  fluido  desalojado.  

 • ENERGÍA  CINÉTICA  O  ENERGÍA  SENSIBLE:  es  un  tipo  de  energía  asociada  al  movimiento  

de  las  moléculas  que  componen  en  el  sistema.    

• ENERGÍA  DE  ENLACE  ENERGÍA    LATENTE:  es  la  energía  interna  asociada  a  la  fase  de  un  sistema.  

 • ENERGÍA  ESPECÍFICA:  energía  por  unidad  de  masa.  

 • ENERGÍA  INTERNA:  energía  ocasionada  al  interactuar  partículas,  moléculas  o  átomos  de  

un  sistema  con  ellas  mismas  y  las  fronteras  del  sistema.    

• ENERGÍA   MECÁNICA:   si   sobre   un   cuerpo   no   actúa   ninguna   fuerza,   el   estado   de  movimiento  del  cuerpo  es  el  reposo  o  velocidad  constante.  

 • ENERGÍA  NUCLEAR:  energía  asociada  a  las  fuerzas  que  unen  los  componentes  del  núcleo  

atómico.    

• ENERGÍA  QUÍMICA:  energía  asociada  a  las  fuerzas  que  unen  los  componentes  del  núcleo  atómico.  

 • ENERGÍAS  MACROSCÓPICAS:  son  energías  relacionadas  con  el  movimiento  del  sistema  y  

factores  externos.    

 

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• ENERGÍAS   MICROSCÓPICAS:   son   energías   independientes   de   sistemas   de   referencia  externos,  y  están  relacionadas  con   la  actividad  molecular  y   las  energías  potenciales  de  las  moléculas  del  sistema.  

 • ENTALPÍA:  variable  de  estado  que  combina  la  energía  interna,  la  presion  y  el  volumen  en  

la  ecuación:  H  =  U  +  PV  .    

• EQUILIBRIO   DE   FASE:   condición   en   el   sistema   donde   conviven   dos   o   más   fases   en  equilibrio.  

 • EQUILIBRIO   MECÁNICO:   condición   en   la   que   todos   los   puntos   de   un   sistema   se  

encuentran  a  la  misma  presion.    

• EQUILIBRIO   QUÍMICO:   condición   en   la   que   la   composición   química   del   sistema   es   la  misma  punto  a  punto.  

 • EQUILIBRIO   TÉRMICO:   condición   en   la   que   todos   los   puntos   de   un   sistema   se  

encuentran  a  la  misma  temperatura.    

• ESTADO  DE  CUASIEQUILIBRIO:  cercano  al  de  equilibrio.    

• ESTADO   DE   EQUILIBRIO:   estado   donde   el   sistema   se   encuentra   en   todos   los   tipos   de  equilibrio.  

 • FASE  GASEOSA:  estado  de  la  materia  donde  las  moléculas  de  la  sustancia  se  encuentran  

totalmente  desorganizadas  y  no  existen  enlaces  entre  ellas.    

• FASE  LÍQUIDA:  estado  de  la  materia  donde  las  moléculas  de  la  sustancia  se  encuentran  desorganizadas  pero  unidas  por  fuertes  enlaces  moleculares.  

 • FASE   SÓLIDA:  estado  de   la  materia  donde   las  moléculas  de   la  sustancia  se  encuentran  

organizadas  formando  una  red  cristalina.    

• FLUJO  MÁSICO:  rapidez  con  que  cambia  la  masa  de  un  sistema.    

• FORMAS  DE  ENERGÍAS  ESTÁTICAS:  son  las  energías  que  no  atraviesan  la  frontera.    

• FORMAS  DINÁMICAS  DE  LA  ENERGÍA:  Son  las  energías  que  pueden  atravesar  la  frontera.    

• FRONTERA:  delimitador  que  separa  al  sistema  de  su  alrededor.    

 

 8   [ POLITÉCNICO GRANCOLOMBIANO]

• FRONTERA  ADIABÁTICA:  frontera  que  impide  que  entre  o  salga  calor  del  sistema.    

• GAS  IDEAL:  todo  gas  cuyo  comportamiento  sea  bien  descrito  por  la  ecuación  de  estado  de  gas  ideal.  

 • INTERCAMBIADOR   DE   CALOR:   dispositivo   diseñado   para   enfriar   fluido   mientras   se  

calienta  otro  y  viceversa.    

• ISOTERMA:  en  un  diagrama  presion  vs.  volumen,  es  un  camino  donde  la  temperatura  no  cambia.  

 • LEY   CERO:   si   dos   cuerpos   se   encuentran   en   equilibrio   térmico   con   un   tercer   cuerpo,  

entonces  los  dos  primeros  cuerpos  también  se  encuentran  en  equilibrio  térmico.    

• LÍNEA  DE  VAPOR  SATURADO:  línea  que  conecta  los  estados  de  vapor  saturado.    

• LÍQUIDO  COMPRIMIDO  O  SUBENFRIADO:  sustancia  en  la  fase  líquida  que,  al  aumentar  la  temperatura,  sigue  estando  en  la  fase  líquida.  

 • LÍQUIDO   SATURADO:   sustancia   que,   estando   en   la   fase   líquida,   todos   sus   puntos  

alcanzan  su  punto  de  evaporación.    

• MASA  MOLAR:  detenida  como  la  masa  de  un  mol  de  sustancia  medida  en  gramos.    

• MEZCLA  SATURADA  LÍQUIDO-­‐VAPOR:  proceso  en  el  que  la  fase  líquida  y  la  fase  gaseosa  se  encuentran  en  equilibrio  térmico.  

 • MEZCLA   SÓLIDO-­‐LÍQUIDO:   proceso   en   el   que   la   fase   sólida   y   la   fase   líquida   se  

encuentran  en  equilibrio  térmico.    

• MOL:  cantidad  de  sustancia  que  contiene  tantos  átomos  como  el  número  de  moléculas  que  contienen  12  gramos  de  carbono-­‐12.  

 • PESO  ESPECÍFICO:  peso  por  unidad  de  volumen.  

 • POSTULADO   DE   ESTADO:   el   estado   de   un   sistema   compresible   simple   se   determina  

completamente  por  dos  propiedades  intensivas  independientes.    

• PRESIÓN:  fuerza  por  unidad  de  área  que  ejerce  un  fluido  sobre  un  objeto  inmerso  en  él.    

• PRESIÓN  ABSOLUTA:  es  la  suma  de  la  presión  atmosférica  y  la  presión  manométrica.  

 

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 • PRESIÓN  ATMOSFÉRICA:  presión  que  ejerce  el  aire  sobre  todo  objeto  en  la  tierra.  

 • PRESIÓN   DE   SATURACIÓN:   presión   a   la   que   una   sustancia   cambia   de   fase   a   una  

temperatura  dada.    

• PRESIÓN  MANOMÉTRICA:  presión  generada  por  la  columna  de  un  fluido.        

• PRIMERA   LEY   DE   LA   TERMODINÁMICA:   expresa   la   conservación   de   la   energía.   Los  cambios   de   energía   que   sufre   un   sistema   se   deben   a   entradas   y/o   salidas   de   calor,  energía  y  masa.  

 • PRINCIPIO   DE   ARQUÍMEDES:   cuando   un   cuerpo   se   encuentra   inmerso   en   un   fluido  

experimenta  una  fuerza  llamada  empuje.    

• PRINCIPIO  DE  PASCAL:  al  ejercer  presión  sobre  un  fluido  encerrado,   la  presión   interna  del  fluido  y  la  presión  de  las  paredes  internas  del  recipiente  serán  iguales.  

 • PROCESO:  cambios  que  experimenta  un  sistema  al  pasar  de  un  estado  a  otro  a  través  de  

estados  intermedios.    

• PROCESO  ADIABÁTICO:  proceso  en  el  cual  no  hay  transferencia  de  calor  entre  el  sistema  y  el  exterior.  

 • PROCESO   DE   FLUJO   ESTABLE:   proceso   en   el   cual   el   sistema   no   sufre   cambios   en   el  

tiempo  mientras  fluye  permanentemente.    

• PROCESO  ISOBÁRICO:  un  proceso  que  se  hace  a  presión  constante.    

• PROCESO  ISOMÉTRICO  O  ISOCÓRICO:  un  proceso  que  se  hace  a  volumen  constante.    • PROCESO  ISOTÉRMICO:  un  proceso  que  se  hace  a  temperatura  constante.  

 • PROPIEDADES   DE   UN   SISTEMA:   son   las   características   propias   de   un   sistema:  

dimensiones,  masas,  volúmenes,  colores,  materiales,  texturas,  etc.    

• PROPIEDADES  EXTENSIVAS:  propiedades  que  dependen  del  tamaño  del  sistema.    

• PROPIEDADES   INCOMPRESIBLES:   son   propiedades   que   no   dependen   del   valor   de   la  presión.  

 

 

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• PROPIEDADES   INDEPENDIENTES:   cuando   la   variación   de   una   de   las   propiedades   no  altera  el  valor  de  las  otras.  

 • PROPIEDADES   INTENSIVAS:   propiedades   que   son   independientes   del   tamaño   del  

sistema.    

• PUNTO   CRÍTICO:   punto   en   donde   los   estados,   líquidos   saturado   y   vapor   saturado   son  idénticos.  

 • RAZÓN  GAMMA:  relación  entre  los  calores  específicos  a  volumen  y  presión  constante  de  

un  gas.    

• SISTEMA:  es  la  porción  de  materia  o  sector  del  espacio  que  se  quiere  estudiar.    

• SISTEMA  ABIERTO:  sistema  donde  existe  masa  que  cruce  la  frontera.    

• SISTEMA   AISLADO:   sistema   cerrado   que   no   expulsa   energía   en   forma   de   calor   ni  tampoco  la  deja  entrar.  

 • SISTEMA  CERRADO:  sistema  donde  no  hay  masa  que  cruce  la  frontera.  

 • SISTEMA   COMPRESIBLE   SIMPLE:   sistema   en   el   que   los   efectos   eléctricos,  magnéticos,  

gravitacionales  y  tensión  superficial  son  despreciables  o  no  están  presentes.    

• SISTEMAS  FIJOS:  sistemas  donde  se  consideran  que  ciertas  condiciones  son  constantes.    

• SÓLIDO  COMPRIMIDO:  sólido  que  al  calentarse  o  enfriarse  continúa  estando  en  la  fase  solida.  

 • SÓLIDO  SATURADO:  sólido  a  punto  de  licuarse.  

 • SUSTANCIAS  PURAS:  sustancias  de  composición  química  fija.  

 • TEMPERATURA  DE   SATURACIÓN:   temperatura  a   la  que  una   sustancia  pura   cambia  de  

fase  a  una  presión  dada.    

• TERMODINÁMICA  DEL  EQUILIBRIO:  rama  de  la  termodinámica  que  estudia  los  sistemas  en  equilibrio.  

 • TOBERA:   tubo   o   ducto   cuya   sección   transversal   va   disminuyendo   en   la   dirección   que  

avanza  el  fluido.  

 

 11 [ FÍSICA III ]

 • TRABAJO:  es  una  forma  dinámica  de   la  energía  que  se  relaciona  con  la  energía   interna  

del  sistema.    

• TRABAJO  DE  EJE:  trabajo  que  genera  un  sistema  que  rota  en  un  punto,  en  algunos  de  los  puntos  o  en  todo  el  sistema.  

 • TRABAJO  DE   FLUJO:   trabajo   realizado  para  hacer  entrar  o   salir   la  masa  de  un   sistema  

abierto.    

• TRABAJO  DE  FRONTERA:  cuando  un  sistema  se  expande  o  se  comprime  el  movimiento  de  la  frontera  hace  trabajo.  

 • TRABAJO   ELÉCTRICO:   trabajo   generado   por   el  movimiento   de   cargas   eléctricas   en   un  

circuito.    

• TURBINA:  dispositivo  diseñado  para  aumentar  la  velocidad  de  un  fluido.    

• VÁLVULAS  DE   ESTRANGULAMIENTO:   dispositivo  utilizado  para  disminuir   la  presion  de  un  fluido.  

 • VAPOR  SATURADO:  sustancia  en  la  fase  gaseosa  que  en  todos  sus  puntos  se  mantiene  

en  la  misma  fase.    

• VAPOR   SOBRECALENTADO:   sustancia   que   en   la   fase   gaseosa   se   aumenta   su  temperatura,  excediendo  el  punto  de  evaporación.  

 • VOLUMEN  ESPECÍFICO:  volumen  por  unidad  de  masa,  es  el  recíproco  de  la  densidad.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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• BIBLIOGRAFÍA    

 

[1]  BERNAL  MIGUEL.  F__sica  I.  Colombia:  Polit_ecnico  Grancolombiano,  2010.  

[2]   CENGEL   YUNUS   y   BOLES  MICHAEL.   Termodin_amica.   6a   Edici_on.  M_exico:  Mc  Graw-­‐Hill,  2009.  

[3]  CENGEL  YUNUS  and  CIMBALA  JOHN.  Fluid  Mechanics  whith  Student  Resources.  2a  Edition.  USA:  

McGraw-­‐Hill  Science/engineering/Math,  2009.  

[4]  KITTEL  CHARLES.  Introduction  to  Solid  State  Physics.  Seventh  Edition.  New  York:  John  Wiley  and  Sons,  

Inc.,  1996.  

[5]  KUNDU  PIJUSH  and  COHEN  IRA.  Fluid  Mechanics.  2a  Edition.  USA:  Academic  Press,  2002.  

[6]  SERWAY  RAYMOND  and  JEWETT  JOHN.  F__sica  para  Ciencias  e  Ingenier__as,  Volumen  I.  6a  Edici_on.  

M_exico:  Thomson,  2005.  

[7]  SERWAY  RAYMOND  and  JEWETT  JOHN.  F__sica  para  Ciencias  e  Ingenier__as,  Volumen  II.  6a  Edici_on.  

M_exico:  Thomson,  2005.  

[8]  YOUNG  HUGH,  FREEDMAN  ROGER  and  FORD  LEWIS.  Sears  -­‐  Zemansky  F__sica  Universitaria  con  F__sica  

Moderna  Volumen  I.  12a  Edici_on.  M_exico:  Addison-­‐Wesley,  2009.