FACULTAD DE INGENIERFACULTAD DE INGENIERÍÍAADEPARTAMENTO DE FDEPARTAMENTO DE FÍÍSICA Y QUSICA Y QUÍÍMICAMICACURSO FCURSO FÍÍSICA II 2013SICA II 2013CLASE IIICLASE IIIPROF. JUAN JOSPROF. JUAN JOSÉÉ CORACECORACE

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTEUNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE

FISICA IIFISICA II

FLUIDOS EN EQUILIBRIOFLUIDOS EN EQUILIBRIO

ECUACIECUACIÓÓN DE ESTADON DE ESTADO

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOSPROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

DENSIDADDENSIDAD –– [[]] M/V = [kg. mM/V = [kg. m--33]]

VISCOSIDADVISCOSIDAD -- [[ µµ ] = [] = [PaPa ·· s]s]

PRESIPRESIÓÓNN –– [P] =[[P] =[PaPa]]

ADHERENCIAADHERENCIA –– ffINTERMOLINTERMOL-- [N][N]

COHESICOHESIÓÓNN ––ffATRACCATRACCÍÍONON –– [N][N]

TENSION SUPERFICIALTENSION SUPERFICIAL –– [[] =[] =[N.mN.m--11]]

CAPILARIDADCAPILARIDAD –– [[]] –– [m][m]

CARACTERCARACTERÍÍSTICASSTICASMOLECULARESMOLECULARES

GASESGASES: ALTO GRADO DE REPULSI: ALTO GRADO DE REPULSIÓÓN,N,SENSIBLEMENTE COMPRESIBLES,SENSIBLEMENTE COMPRESIBLES,

GRAN AGITACIGRAN AGITACIÓÓN INTERMOLECULAR,N INTERMOLECULAR,ALTO NIVEL DE ENERGIZACIALTO NIVEL DE ENERGIZACIÓÓN,N,

NO TIENEN FORMA PROPIANO TIENEN FORMA PROPIA

LIQUIDOSLIQUIDOS: POCA COHESI: POCA COHESIÓÓN, GRANN, GRANADHERENCIA, PRACTICAMENTEADHERENCIA, PRACTICAMENTEINCOMPRESIBLES, AGITACIINCOMPRESIBLES, AGITACIÓÓNN

MOLECULAR INTERMEDIA , NIVEL DEMOLECULAR INTERMEDIA , NIVEL DEENERGIZACIENERGIZACIÓÓN INTERMEDIO,N INTERMEDIO,NO TIENEN FORMA PROPIANO TIENEN FORMA PROPIA

SSÓÓLIDOSLIDOS: ALTA COHESI: ALTA COHESIÓÓN, RESISTENN, RESISTENLOS ESFUERZOS EXTERIORES,LOS ESFUERZOS EXTERIORES,

MUY BAJO NIVEL DE ENERGIZACIMUY BAJO NIVEL DE ENERGIZACIÓÓN,N,TIENEN FORMA PROPIATIENEN FORMA PROPIA

ESTADO SESTADO SÓÓLIDOLIDO: PODEMOS VER QUE LAS: PODEMOS VER QUE LASMOLMOLÉÉCULAS SE HALLAN DISPUESTAS ENCULAS SE HALLAN DISPUESTAS ENUN VOLUMEN PEQUEUN VOLUMEN PEQUEÑÑO, SE SITO, SE SITÚÚANANADYACENTES, UNA AL LADO DE LA OTRA,ADYACENTES, UNA AL LADO DE LA OTRA,AUNQUE NO EN CONTACTO, FORMANDOAUNQUE NO EN CONTACTO, FORMANDOGENERALMENTE UNA ESTRUCTURA.GENERALMENTE UNA ESTRUCTURA.

ESTADO LESTADO LÍÍQUIDOQUIDO: LAS MOL: LAS MOLÉÉCULASCULAS SESEENCUENTRAN DIFUNDIDAS EN UNENCUENTRAN DIFUNDIDAS EN UNVOLUMEN MAYOR, SIN SEGUIR NINGUNAVOLUMEN MAYOR, SIN SEGUIR NINGUNAESTRUCTURA. LA SEPARACIESTRUCTURA. LA SEPARACIÓÓN ENTREN ENTRECADA MOLCADA MOLÉÉCULA ESCULA ES MAYORMAYOR QUE EN ELQUE EN ELSSÓÓLIDO.LIDO.

ESTADO GASEOSOESTADO GASEOSO: LAS MOL: LAS MOLÉÉCULASCULASOCUPAN UN VOLUMEN MUCHOOCUPAN UN VOLUMEN MUCHOMAYOR. ES EL ESTADO EN QUE LASMAYOR. ES EL ESTADO EN QUE LASMISMAS ESTMISMAS ESTÁÁN MN MÁÁSS DISTANCIADASDISTANCIADAS

CONDENSADO DE BOSECONDENSADO DE BOSE -- EINSTEINEINSTEIN::TODOS LOSTODOS LOS ÁÁTOMOS SETOMOS SEENCUENTRAN EN UN MISMO LUGAR,ENCUENTRAN EN UN MISMO LUGAR,LALA ÚÚNICANICA PARTICULA QUE VEMOSPARTICULA QUE VEMOSREPRESENTA LA POSICIREPRESENTA LA POSICIÓÓN DONDEN DONDESE ENCUENTRAN TODOS LOSE ENCUENTRAN TODOS LO ÁÁTOMOS,TOMOS,PERO NO UNO SOBRE OTRO, SINOPERO NO UNO SOBRE OTRO, SINOTODOS OCUPANDO EL MISMOTODOS OCUPANDO EL MISMOESPACIO FESPACIO FÍÍSICOSICO……

ESTADO DE PLASMAESTADO DE PLASMA: SUS COMPONENTES NO: SUS COMPONENTES NOSON MOLSON MOLÉÉCULAS, SINO PARTCULAS, SINO PARTÍÍCULASCULASINDIVIDUALES Y NINDIVIDUALES Y NÚÚCLEOS DECLEOS DE ÁÁTOMOS.TOMOS.PARECE UN GAS, PERO FORMADO POR IONESPARECE UN GAS, PERO FORMADO POR IONES(CATIONES(CATIONES -- NNÚÚCLEOS Y PROTONES,CLEOS Y PROTONES,NEUTRONES Y ELECTRONES). CADANEUTRONES Y ELECTRONES). CADACOMPONENTE DEL ESTADO DE PLASMA ESTCOMPONENTE DEL ESTADO DE PLASMA ESTÁÁCARGADA ELCARGADA ELÉÉCTRICAMENTE Y EL CONJUNTOCTRICAMENTE Y EL CONJUNTOOCUPA UN GRAN VOLUMEN.OCUPA UN GRAN VOLUMEN.

QUE OCURRE EN UN LIQUIDO?QUE OCURRE EN UN LIQUIDO?

partpartíículas encerradas en unculas encerradas en unvolumen, movivolumen, moviééndose enndose enforma aleatoria, y ejerciendoforma aleatoria, y ejerciendopresipresióónn contra las paredescontra las paredesdel recipiente.del recipiente.

QUE OCURRE EN UN GAS?QUE OCURRE EN UN GAS?

EstaEsta presipresióónn es el resultado del impacto de lases el resultado del impacto de lasmolmolééculas contra la pared.culas contra la pared.

QUE ES LA PRESIQUE ES LA PRESIÓÓN?N?

PRESIPRESIÓÓNNLa presiLa presióón se define como la fuerza (F) por unidad den se define como la fuerza (F) por unidad desuperficie (A).superficie (A).

En unidades del SI la presiEn unidades del SI la presióón se mide en Newton porn se mide en Newton pormetro cuadrado (N/m2) (metro cuadrado (N/m2) (PaPa))

En relaciEn relacióón con la presin con la presióón atmosfn atmosféérica, el N/m2 resultarica, el N/m2 resultauna unidad demasiado pequeuna unidad demasiado pequeñña, por lo que se utilizaa, por lo que se utilizammúúltiplos como el:ltiplos como el:

MPaMPa,, hPahPa y ely el kPakPa

EQUIVALENCIAS:EQUIVALENCIAS:

0,10,1 MPaMPa = 100= 100 kPakPa = 1 bar = 0,987= 1 bar = 0,987 AtmAtm =750=750 mmmm HgHg11 atmatm = 101 325 N/m2 = 1,01325 bar = 101,325= 101 325 N/m2 = 1,01325 bar = 101,325 kPakPa

A

FP

En el caso de losEn el caso de los fluidosfluidos, la presi, la presióón sen sedenominadenomina presipresióón hidrostn hidrostááticatica..

S

FPP 0

S

g.mPP 0

S

g.V.PP

0 h.g.PP 0

FF

SS

PRESIPRESIÓÓN ABSOLUTAN ABSOLUTA YY PRESIPRESIÓÓN MANOMN MANOMÉÉTRICATRICA..

La presiLa presióón manomn manoméétrica del fluido es:trica del fluido es: ρρghgh, siendo, siendo““ρρ”” la densidad del lla densidad del lííquido ,quido , ““gg”” la aceleracila aceleracióón de lan de lagravedad ygravedad y ““hh”” la altura manomla altura manoméétrica o de presitrica o de presióón.n.

hh puede ser negativo, la presipuede ser negativo, la presióón manomn manoméétrica puedetrica puedeser negativaser negativa……

La presiLa presióón absoluta del gas es la manomn absoluta del gas es la manoméétrica mtrica máás las laatmosfatmosféérica, y siempre serrica, y siempre seráá positivapositiva……

PPmanman == ρρghgh P = PP = P00 ++ PPmanman > 0> 0

INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA PRESIÓN

PPmanman == ρρghghPP ATMATM

INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA PRESIINSTRUMENTOS PARA MEDIR LA PRESIÓÓNNATMOSFERICA:ATMOSFERICA:

BarBaróómetrometro

PRESIPRESIÓÓN ATMOSFN ATMOSFÉÉRICARICA

La presiLa presióón ejercida por la columna de aire en unan ejercida por la columna de aire en unasuperficie unitaria.superficie unitaria.

Donde la presiDonde la presióón del aire es:n del aire es: ρρaaghgh, siendo, siendo ““ρρaa”” laladensidad del aire ,densidad del aire , ““gg”” la aceleracila aceleracióón de la gravedad yn de la gravedad y““hh”” la altura de la columna o altura de presila altura de la columna o altura de presióón.n.

TODA RELACITODA RELACIÓÓN FUNCIONAL QUE ASOCIA A LASN FUNCIONAL QUE ASOCIA A LASVARIABLES DE ESTADO SE LLAMA ECUACIVARIABLES DE ESTADO SE LLAMA ECUACIÓÓN DEN DE

ESTADOESTADO

UNA ECUACIUNA ECUACIÓÓN DE ESTADO ES UNA RELACIN DE ESTADO ES UNA RELACIÓÓN, ENTREN, ENTREDOS O MDOS O MÁÁS CANTIDADES FS CANTIDADES FÍÍSICAS VALORIZABLES,SICAS VALORIZABLES,

QUE DESCRIBE EL ESTADO DEL SISTEMAQUE DESCRIBE EL ESTADO DEL SISTEMA

ECUACION/FUNCION DE ESTADOECUACION/FUNCION DE ESTADO

)x;....;x;x( n21

)X;....;T;V;P( f

QUE ES UNAQUE ES UNA VARIABLE DE ESTADOVARIABLE DE ESTADO ??

••ES UNA CANTIDAD FES UNA CANTIDAD FÍÍSICA QUE PUEDE SER MEDIDASICA QUE PUEDE SER MEDIDA

CON TODA PRECISICON TODA PRECISIÓÓNN

••CARACTERIZA EL SISTEMA, SIN IMPORTAR CCARACTERIZA EL SISTEMA, SIN IMPORTAR CÓÓMOMO

EL SISTEMA LLEGEL SISTEMA LLEGÓÓ AA ÉÉL, POR EJEMPLO:L, POR EJEMPLO:

Tipo de Sustancia,Tipo de Sustancia, V, m, P, T,V, m, P, T, ρρ y Ey E

OTROS EJEMPLOS DE VARIABLES DE ESTADO:OTROS EJEMPLOS DE VARIABLES DE ESTADO:ENERGENERGÍÍA INTERNA (U), ENTROPA INTERNA (U), ENTROPÍÍA (S), ENERGA (S), ENERGÍÍA LIBREA LIBREDE HELMHOLTZ (F), ENERGDE HELMHOLTZ (F), ENERGÍÍA DE GIBBS (G)A DE GIBBS (G)

PARA QUE UNA FUNCIPARA QUE UNA FUNCIÓÓNN ΦΦ SEA UNASEA UNA

FUNCIFUNCIÓÓN DE ESTADO , ES NECESARIO YN DE ESTADO , ES NECESARIO Y

SUFICIENTE QUESUFICIENTE QUE ddΦΦ SEA UNA DIFERENCIALSEA UNA DIFERENCIAL

EXACTAEXACTA

)x;....;x;x( n21

1.1.-- ddΦΦ DEBE SER UNA DIFERENCIAL EXACTADEBE SER UNA DIFERENCIAL EXACTA

2.2.--

3.3.--

0d

1

2

12

d

SI UNA FUNCIONSI UNA FUNCION ΦΦ DEPENDE DE DOS VARIABLES DEDEPENDE DE DOS VARIABLES DEESTADOS,ESTADOS, ““xx”” ee ““yy””; ES DECIR; ES DECIR ΦΦ == ΦΦ((x,yx,y), PARA UN), PARA UNCAMBIO ELEMENTAL dCAMBIO ELEMENTAL dΦΦ, SE DEBE CUMPLIR, SE DEBE CUMPLIR

SI LAS DERIVADAS CRUZADAS SEGUNDAS SON IGUALES,SI LAS DERIVADAS CRUZADAS SEGUNDAS SON IGUALES,ENTONCESENTONCES ddΦΦ ES DIFERENCIAL EXACTAES DIFERENCIAL EXACTA::

dyy

dxx

dy)y;x(Ndx)y,x(Md

yxxyx

)y,x(N

y

)y,x(M

22

ECUACIONES DE ESTADOECUACIONES DE ESTADO

),( uPP

uP .)1( FluidosFluidos

V

TRmP

..

TRP ..

TRP

.

GasesGases

SISTEMASSISTEMASMATERIALESMATERIALES

poseen Propiedadesposeen Propiedadesque determinan unque determinan un

EstadoEstado

ENERGENERGÍÍAAse modifica alse modifica al

cambiar el valorcambiar el valorde la propiedadde la propiedad

CAMBIOSCAMBIOSgeneran un nuevogeneran un nuevo

EstadoEstado

ACCIONESACCIONESa trava travéés dels del

efecto motivadoefecto motivadoPor el ProcesoPor el Proceso

POSEENPOSEEN

HACEHACEPOSIBLEPOSIBLE

PRODUCENPRODUCEN

MODIFICANMODIFICAN

SE EJERCEN MUTUAMENTESE EJERCEN MUTUAMENTE

A TRAVA TRAVÉÉS DES DE

MODIFICAN LAMODIFICAN LA

DE LOSDE LOS

FIN CLASE IIFIN CLASE II

PROXIMA CLASE 22/MARZO/2013PROXIMA CLASE 22/MARZO/2013