facultad de ingenierfacultad de ingenierÍÍaa...

FACULTAD DE INGENIERFACULTAD DE INGENIERÍÍAADEPARTAMENTO DE FDEPARTAMENTO DE FÍÍSICA Y QUSICA Y QUÍÍMICAMICACURSO FCURSO FÍÍSICA II 2013SICA II 2013CLASECLASE II 11/MARZO11/MARZOPROFPROF. JUAN JOS. JUAN JOSÉÉ CORACECORACE

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTEUNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE

FISICA IIFISICA II

SISTEMAS MATERIALES Y SISTEMASSISTEMAS MATERIALES Y SISTEMASTERMODINTERMODINÁÁMICOS. PROPIEDADES.MICOS. PROPIEDADES.ESTADO DE UN SISTEMA. PROCESOS.ESTADO DE UN SISTEMA. PROCESOS.

FISICA IIFISICA II

TERMODINTERMODINÁÁMICAMICA

La palabraLa palabra ENERGENERGÍÍAA, proviene, proviene

deldel vocablovocablo ((éérgonrgon)) queque

significasignifica fuerza en accifuerza en accióónn, o, ocapacidad para producircapacidad para producirtrabajo, es el protagonistatrabajo, es el protagonistaprincipal de nuestra materia:principal de nuestra materia:

LA TERMODINLA TERMODINÁÁMICAMICA

LA TERMODINLA TERMODINÁÁMICA ES LAMICA ES LACIENCIA QUE ESTUDIA LACIENCIA QUE ESTUDIA LACONVERSICONVERSIÓÓN DE LAS DISTINTASN DE LAS DISTINTASFORMAS DE ENERGFORMAS DE ENERGÍÍASAS……

ETIMOLETIMOLÓÓGICAMENTE, ES ELGICAMENTE, ES ELESTUDIO DE LA RELACIESTUDIO DE LA RELACIÓÓNNENTRE CALOR Y DEL TRABAJOENTRE CALOR Y DEL TRABAJO……

CONDICICONDICIÓÓNN TIPOTIPO CONDICICONDICIÓÓNN

ENERGENERGÍÍAASINSIN

TRANSICITRANSICIÓÓNN

POTENCIALPOTENCIALCINCINÉÉTICATICA

INTERNA (TINTERNA (TÉÉRMICA)RMICA)ELECTROMAGNELECTROMAGNÉÉTICATICA

QUQUÍÍMICAMICA

PROPIEDADESPROPIEDADESDEL SISTEMADEL SISTEMA

ENERGENERGÍÍAAENEN

TRANSICITRANSICIÓÓNN

TRABAJOTRABAJO

CALORCALOR

NO ES UNANO ES UNAPROPIEDADPROPIEDAD

DEL SISTEMADEL SISTEMA

ES FUNCIES FUNCIÓÓN DEN DEUN PROCESOUN PROCESO

SE PRESENTASE PRESENTADURANTE UNDURANTE UN

PROCESOPROCESO

FORMASFORMAS DE ENERGDE ENERGÍÍAA

SISTEMASSISTEMASMATERIALESMATERIALES

ENERGENERGÍÍAA

CAMBIOSCAMBIOSACCIONESACCIONES

POSEENPOSEEN

HACEHACEPOSIBLEPOSIBLE

PRODUCENPRODUCEN

ENTREENTRE

SE EJERCEN MUTUAMENTESE EJERCEN MUTUAMENTE

A TRAVA TRAVÉÉS DES DE

MODIFICAN LAMODIFICAN LA

DE LOSDE LOS

LA TERMODINLA TERMODINÁÁMICA SE EXPLICA A PARTIR DEMICA SE EXPLICA A PARTIR DEPRINCIPIOS O LEYESPRINCIPIOS O LEYES

•• Principio CeroPrincipio Cero: permite definir la: permite definir laTEMPERATURA como una propiedad.TEMPERATURA como una propiedad.

•• Principio UnoPrincipio Uno: define el concepto de: define el concepto deENERGENERGÍÍA como magnitud conservativa.A como magnitud conservativa.

•• Principio DosPrincipio Dos: define la ENTROP: define la ENTROPÍÍA comoA comomagnitud no conservativa, una medida demagnitud no conservativa, una medida de

calificar los procesos.calificar los procesos.

•• Principio TresPrincipio Tres: postula algunas propiedades: postula algunas propiedadesen el CERO ABSOLUTO de temperatura.en el CERO ABSOLUTO de temperatura.

EN TÉRMINOS SIMPLES:

•• Primer Principio:Primer Principio:especifica la CANTIDAD de ENERGespecifica la CANTIDAD de ENERGÍÍA.A.

•• Segundo Principio:Segundo Principio:define la CALIDAD de esa ENERGdefine la CALIDAD de esa ENERGÍÍA.A.

•• Tercer Principio:Tercer Principio:puntualiza la muerte tpuntualiza la muerte téérmica delrmica del

Universo o el Final de la ENERGUniverso o el Final de la ENERGÍÍA.A.

TERMODINÁMICA la parte de lafísica que estudia procesos enlos cuales los sistemasintercambian energía o materiacuando están en “EQUILIBRIO”.

APLICACIONES DE ESTA MATERIAAPLICACIONES DE ESTA MATERIA……

PRODUCCIPRODUCCIÓÓN DE VAPOR Y ENERGN DE VAPOR Y ENERGÍÍAA

GENERACIGENERACIÓÓN DE ENERGIA FOTOVOLTAICAN DE ENERGIA FOTOVOLTAICA

SISTEMAS DE REFRIGERACISISTEMAS DE REFRIGERACIÓÓN y CALEFACCIN y CALEFACCIÓÓNN

CELDAS DE COMBUSTIBLESCELDAS DE COMBUSTIBLES

CALENTAMIENTO SOLARCALENTAMIENTO SOLAR

DESALILIZACIDESALILIZACIÓÓN DE AGUAN DE AGUA

LICUEFACCILICUEFACCIÓÓN DE GASESN DE GASES

CONCEPTOS BCONCEPTOS BÁÁSICOSSICOS

•• SISTEMASISTEMA

•• ENTORNO O MEDIO AMBIENTEENTORNO O MEDIO AMBIENTE

•• SISTEMA ABIERTOSISTEMA ABIERTO

•• SISTEMA CERRADOSISTEMA CERRADO

•• SISTEMA AISLADOSISTEMA AISLADO

•• PROCESOS , CICLOS Y EL EQUILIBRIOPROCESOS , CICLOS Y EL EQUILIBRIO

•• LA ENERGLA ENERGÍÍA Y LOS CAMBIOSA Y LOS CAMBIOS

SISTEMASSISTEMAS

SISTEMASSISTEMAS

SISTEMA

LIMITE OFRONTERA

SISTEMASISTEMA -- MEDIO AMBIENTEMEDIO AMBIENTE

WW

QQ

mm

ENTORNO O MEDIO AMBIENTEENTORNO O MEDIO AMBIENTEes lo que rodea al sistemaes lo que rodea al sistema

SISTEMA ABIERTOSISTEMA ABIERTO

SISTEMA CERRADOSISTEMA CERRADO

SISTEMA AISLADOSISTEMA AISLADO

VASO DE DEWAR

CARACTERISTICAS DEL SISTEMACARACTERISTICAS DEL SISTEMAAISLADOAISLADO

TIENEN ENERGÍA Y MASA CONSTANTE

FRONTERA RÍGIDA, no permiten elintercambio de energía mecánica;

FRONTERA PERFECTAMENTE AISLADA,no permiten el flujo de calor;

FRONTERA IMPERMEABLE; no permiten elintercambio de materia.

Estos sistemas no ocurren en lanaturaleza, sin embargo son importantesporque facilitan el estudio de casosgenerales

SISTEMASISTEMA CLASIFICACICLASIFICACIÓÓNN COMENTARIOSCOMENTARIOS

UNA BACTERIAUNA BACTERIA ABIERTOABIERTO

HAY INTERCAMBIO DEHAY INTERCAMBIO DEMATERIA CON LOSMATERIA CON LOSALREDEDORESALREDEDORES……..

…….COMO CALOR Y.COMO CALOR YTRABAJOTRABAJO

UN HUEVO DE GALLINAUN HUEVO DE GALLINA ABIERTOABIERTO

LA CLA CÁÁSCARA DELSCARA DELHUEVO PERMITE ELHUEVO PERMITE ELPASAJE DE GASES.PASAJE DE GASES.

ESTE SISTEMAESTE SISTEMATAMPOCO ESTAMPOCO ES

ADIABADIABÁÁTICO, PUESTICO, PUESPERMITE EL PASAJEPERMITE EL PASAJE

DE CALOR DE LADE CALOR DE LAMADREMADRE……

UNA CUNA CÁÁPSULA ESPACIALPSULA ESPACIAL CERRADOCERRADO

NO SE PERMITE ELNO SE PERMITE ELINTERCAMBIO DEINTERCAMBIO DEMATERIA CON ELMATERIA CON EL

EXTERIOR, PERO SEXTERIOR, PERO SÍÍRECIBE ENERGRECIBE ENERGÍÍAA

DESDE FUERA (COMODESDE FUERA (COMORADIACIRADIACIÓÓN)N)

EL UNIVERSOEL UNIVERSO AISLADOAISLADO POR DEFINICIPOR DEFINICIÓÓNN……

LA TERMODINLA TERMODINÁÁMICA DEFINE LOS SISTEMASMICA DEFINE LOS SISTEMASMEDIANTE SUS PROPIEDADESMEDIANTE SUS PROPIEDADES

OBSERVABLESOBSERVABLES

PROPIEDADES, PARPROPIEDADES, PARÁÁMETROS, VARIABLES,METROS, VARIABLES,MEDIBLES TRAS UN PROCESO OMEDIBLES TRAS UN PROCESO O

EVENTOEVENTO……ESES DECIR UN CAMBIODECIR UN CAMBIO……

SON PROPIEDADES : PRESISON PROPIEDADES : PRESIÓÓN, LAN, LATEMPERATURA, ELTEMPERATURA, EL ÍÍNDICE DE REFRACCINDICE DE REFRACCIÓÓN,N,VISCOSIDAD, DENSIDAD, MASA, VOLUMEN,VISCOSIDAD, DENSIDAD, MASA, VOLUMEN,

COLOR, SABOR,COLOR, SABOR, OLOR,RUGOSIDADOLOR,RUGOSIDAD……

PROCESOSPROCESOS

PROCESOSPROCESOS

PROCESOSPROCESOS

PROCESOPROCESO

ES LA ACCIES LA ACCIÓÓN QUE MODIFICA A UN SISTEMAN QUE MODIFICA A UN SISTEMACAMBIANDO DE UN ESTADO A OTROCAMBIANDO DE UN ESTADO A OTRO……..

EXISTEN DIFERENTES PROCESOS Y ESTOS VAN AEXISTEN DIFERENTES PROCESOS Y ESTOS VAN ADEPENDER DE LA TRAYECTORIA O CAMINO SEGUIDODEPENDER DE LA TRAYECTORIA O CAMINO SEGUIDOPARA LLEGAR AL CAMBIO:PARA LLEGAR AL CAMBIO:

••PROCESO QUPROCESO QUÍÍMICOMICO••PROCESO FPROCESO FÍÍSICOSICO••PROCESO TPROCESO TÉÉRMICORMICO

••PROCESO TERMODINPROCESO TERMODINÁÁMICO IRREVERSIBLEMICO IRREVERSIBLE••PROCESO TERMODINPROCESO TERMODINÁÁMICO REVERSIBLEMICO REVERSIBLE

EQUILIBRIOEQUILIBRIO -- TRAYECTOTRAYECTO

ESTABLEESTABLE -- METAESTABLEMETAESTABLE

PROCESOPROCESO

EQUILIBRIO ESTABLEEQUILIBRIO ESTABLE:: NIVEL DE ENERGÍA MÁS BAJO. EQUILIBRIO

EQUILIBRIO METAESTABLEEQUILIBRIO METAESTABLE:: REÚNE LOS ATRIBUTOS DEEQUILIBRIO, PERO NO TIENE EL NIVEL ENERGÉTICO MÁS BAJO.SÓLO SI SE SUPERA LA BARRERA DE ENERGÍA (ENERGÍA DEACTIVACIÓN) SE ACCEDERÁ AL ESTADO ESTABLE.

SISTEMA INESTABLESISTEMA INESTABLE:: EXISTEN DOS CASOS

TIPO 1TIPO 1 REÚNE PRIMER ATRIBUTO DE EQUILIBRIO, PERO NO ELSEGUNDO.

TIPO 2TIPO 2 NO REÚNE NINGUNO DE LOS ATRIBUTOS.

PROCESO TERMODINPROCESO TERMODINÁÁMICO IRREVERSIBLEMICO IRREVERSIBLE

CAMBIO DE UN ESTADOCAMBIO DE UN ESTADO METAESTABLEMETAESTABLE A UNA UNESTADO MESTADO MÁÁSS ESTABLEESTABLE DE MENOR ENERGDE MENOR ENERGÍÍA.A.

PROCESO TERMODINPROCESO TERMODINÁÁMICO REVERSIBLEMICO REVERSIBLE

CAMBIO DE UN ESTADO INICIALCAMBIO DE UN ESTADO INICIAL ESTABLEESTABLE A UNA UNESTADO FINAL TAMBIESTADO FINAL TAMBIÉÉNN ESTABLEESTABLE, PASANDO, PASANDOPOR UNA SECUENCIA CONTINUA DE ESTADOSPOR UNA SECUENCIA CONTINUA DE ESTADOSDE EQUILIBRIO.DE EQUILIBRIO.

EN LA NATURALEZA NO EXISTEN PROCESOSEN LA NATURALEZA NO EXISTEN PROCESOSPERFECTAMENTE REVERSIBLES, SE EMPLEANPERFECTAMENTE REVERSIBLES, SE EMPLEANSSÓÓLO COMO MODELOS TERMODINLO COMO MODELOS TERMODINÁÁMICOS.MICOS.

CICLOSCICLOS

FIN CLASE IFIN CLASE I

PROXIMA CLASE 15 MARZO2012PROXIMA CLASE 15 MARZO2012