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Sustancias newtonianas y no newtonianas (aplicación en la industria), entropía, calor, capacidad calorífica, termodinámica

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entropia, calor

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Diapositiva 1

Sustancias newtonianas y no newtonianas (aplicacin en la industria), entropa, calor, capacidad calorfica, termodinmica

QU ES UN FLUIDO O SUSTANCIAS?Un fluido se define como una sustancia que se deforma continuamente bajo la accin de un esfuerzo de corte, por tanto, en ausencia de este, no habr deformacin.Los fluidos pueden clasificarse de manera general de acuerdo con la relacin entre el esfuerzo de corte aplicado y la relacin de deformacin.NEWTONIANASNO NEWTONIANASEn trminos generales se conoce como sustancias newtonianas a aquellas sustancias que presentan una resistencia muy pequea o nula , a ser deformados.

SUSTANCIAS NEWTONIANASSon los que tienen un comportamiento normal, como por ejemplo:

El agua, tiene muy pocaviscosidady esta novaracon ninguna fuerzaque lesea aplicada, si le damos un golpe a la superficie del agua en una piscina esta se deforma como es lgico.

Lo presentan los gases y la mayor parte de lquidos y disoluciones.

Algunos ejemplos de fluidos prcticamente newtonianos son:

El agua El aire La gasolina y El petrleo.

En los newtonianos, la constante de proporcionalidad recibe el nombre de:(Ley de Newton del transporte de cantidad de movimiento).ViscosidadLa relacin entre el esfuerzo cortante aplicado y la velocidad viene dada por la ecuacin:

es constante para este tipo de fluidos y no depende del esfuerzo cortante aplicado.

No depende del tiempo de aplicacin del esfuerzo, aunque s puede depender tanto de la temperatura como de la presin a la que se encuentre .SUSTANCIAS NO NEWTONIANASes aquel cuya viscosidad varia con el gradiente de tensin que se le aplica , es decir , se deforma en la direccin de la fuerza aplicada . Como resultado , un fluido no newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante , a diferencia de un fluido newtoniano .

Por lo comn los fluidos no newtonianos se clasifican con respecto a su comportamiento en el tiempo, es decir , pueden ser dependientes del tiempo o independientes del mismo .

TIPOS DE FLUIDOS :

Plsticos : Metales dctiles una vez superado el limite elstico .Fluidos que siguen la ley de potencia : Arcilla ,leche ,gelatina y sangre ; soluciones concentradas en azcar y agua .Fluidos viscoelastios : Metales , materiales compuestos , betn , nailon y plastilina . Fluidos cuya viscosidad dependen del tiempo : algunos lubricantes , algunas variedades de mieles , ktchup y algunas pinturas.

Aplicaciones en la IndustriaSustancias no NewtonianasAlgunos fluidos denominados no newtonianos poseen una propiedad denominada reopexia, los cuales exhiben variaciones de su viscosidad.Cuando estn en reposo se comportan como un lquido, pero al ser sometidos a presin, a movimientos bruscos, o al ser agitados, se comportan como un slido.

Chalecos protectores, rodilleras, tobilleras o cascos, suaves y livianos, pero que se endurecen ante la presin de golpes o de movimientos bruscos.En Deporte y GuerraEn el campo del deporte se busca potenciar la capacidad de estos materiales para crear indumentaria deportiva que reduzca la tensin de impacto. Sobre todo en deportes como automovilismo, paracaidismo y atletismo.

Por ejemplo se est se est diseando calzado con sistemas de absorcin de impactos fundamentado en fluidos reopcticos, lo cual mejora su desempeo en traccin, agarre y soporte.

Estos nuevos materiales han despertado mucho inters en la proteccin de pasajeros en accidentes de transporte, as como en armaduras corporales y blindajes para vehculos de guerra.Concepto De Entropa

Entropa:Funcin termodinmica que es una medida de la parte no utilizable de la energa contenida en un sistema o materia. Sirve para medir el grado de desorden dentro de un proceso y permite distinguir la energa til, que es la que se convierte en su totalidad en trabajo, de la intil, que se pierde en el medio ambiente.Es uno de los conceptos fundamentales de la fsica clsica, introducido en la ciencia por Rudolf Clausius. Ludwig Boltzmann encontr la manera de expresar matemticamente este concepto, desde el punto de vista de la probabilidad.

Definiciones de entropa:

Funcin termodinmica que es una medida de la parte no utilizable de la energa contenida en un sistema o materia.Medida de la duda que se produce ante un conjunto de mensajes del cual se va a recibir uno solo.Medida del desorden molecular de una materia o sustancia: los fluidos tienen ms entropa que los slidos.

Caractersticas asociadas a la entropa.

se define solamente para estados de equilibrio.Solamente pueden calcularse variaciones de entropa. La entropa de un sistema en estado de equilibrio es nicamente funcin del estado del sistema, y es independiente de su historia pasada. La entropa puede calcularse como una funcin de las variables termodinmicas del sistema, tales como la presin y la temperatura o la presin y el volumen.La entropa en un sistema aislado aumenta cuando el sistema experimenta un cambio irreversible.Considrese un sistema aislado que contenga 2 secciones separadas con gases a diferentes presiones. Al quitar la separacin ocurre un cambio altamente irreversible en el sistema al equilibrarse las dos presiones. Pero el medio no ha sufrido cambio durante este proceso, as que su energa y su estado permanecen constantes, y como el cambio es irreversible la entropa del sistema a aumentado.

Principio del aumento de entropa.

Todos los procesos reales son irreversibles. Se producen a una velocidad con diferencias finitas de temperatura y de presin entre las diferentes partes de un sistema o entre un sistema y el medio ambiente. En mecnica se introducen los conceptos de energa, cantidad de movimiento y otros por que se conservan. La entropa no se conserva , es una razn del por que existe cierto misterio sobre el concepto de entropa. una vez que fue creada, la entropa no puede ser destruida. El universo debe cargar con este aumento de entropa."La energa no puede ser creada ni destruida", nos dice el primer principio de la termodinmica. " La entropa no puede ser destruida, pero puede ser creada", nos dice el segundo principio.Calculo de variaciones de entropa:Proceso isotrmico: Como la temperatura es constante se saca fuera de la integral y quedara: S2 - S1 =q / T

Proceso no isotrmico: En muchos procesos, la absorcin reversible de calor esta acompaada por un cambio de temperatura, es este caso expresamos el calor en funcin de la temperatura integramos y obtendremos:En un proceso a volumen constante:dq = cv dTEntonces:S2 -S1 = cv ln T2/T1En un proceso a presin constante :dq = cp dTEntonces:S2 -S1 = cp ln T2/T1Proceso adiabtico: En un proceso adiabtico como no existe transferencia de calor la variacin de entropas es cero.

Es una forma de energa que se transmite de un cuerpo a otro, Debido nicamente a una diferencia de temperatura en ambos.

El calor se transfiere de los cuerpos calientes hacia los cuerpos fros.

Los cuerpos no almacenas calor, almacenan energa que puede ser transferida en forma de calor.

Calor

UNIDADES DEL CALOR Formulas :

Calor especifico de una sustancia (Ce):Significado fsico: el calor especfico de una sustancia es la cantidad de calor que gana o pierde dicha sustancia por cada unidad de masa para cambiar su temperatura en 1 grado.El calor especfico del agua es 1 cal/g.C

Principio fundamental de la calorimetraSi dos o mas cuerpos a diferentes temperaturas entran en contacto, el calor se transfiere de los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura , hasta el instante en que todos alcancen el equilibrio trmico .Adems, el calor ganado por los cuerpos fros debe ser igual al calor perdido por los cuerpos calientes.

Q ganado=-Q perdido(cuerpos fros ) (cuerpos calientes)Ejercicio: Qu cantidad de calor cede un trozo de aluminio de 2K. que esta a la temperatura de 400 y se enfra a 50? CeAl =0.22cal/g. CDatos :T=Tf -To T=50C-400C=-350Cm= 2kg=2000gCeAl =0.22cal/g. C C

Resolucin:

Q=m.Ce. TQ=(2000g)(0.22cal/g . C)(-350 C )Q=-154000 calTermodinmica: Es el estudio de las transformaciones de energa.la termodinmica describe cmo los sistemas responden a los cambios en su entorno. Esto se puede aplicar a una amplia variedad de ramas de la ciencia y de la ingeniera, tales como motores, cambios de fase, reacciones qumicas, fenmenos de transporte, e incluso agujeros negros.Principio cero de la termodinmicaTiene una gran importancia experimental pues permite construir instrumentos que midan la temperatura de un sistema Este principio o ley cero, establece que existe una determinada propiedad denominada temperatura emprica , que es comn para todos los estados de equilibrio termodinmico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dadoPrimera ley de la termodinmica.La energa no se crea ni se destruye ,solamente se transforma de una clase a otra Una segunda versin del enunciado de la primera ley de la termodinmica es :La energa no se crea ni se destruye solamente cambia de un estado a otro (no desaparece)La expresin matemtica es la siguiente:

U = Q - W

esta ley permite definir el calor como la energa necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energa

La formula significa :Que el cambio de la energa interna de un sistema es igual al calor transferido desde ese sistema ,descontando el trabajo hecho por ese sistema en un ambiente .Segunda ley de la termodinmica:

En toda transformacin de una forma de energa a otra forma de energa, una cantidad de energa siempre es dispersada hacia otros estados ,generalmente en forma de calor Esto indica que no maquina 100% eficiente La expresin matemtica es: S / t 0

Es imposible construir una mquina trmica cclica que transforme calor en trabajo sin aumentar la energa termodinmica del ambiente. Debido a esto podemos concluir, que el rendimiento energtico de una mquina trmica cclica que convierte calor en trabajo, siempre ser menor a la unidad, y sta estar ms prxima a la unidad, cuanto mayor sea el rendimiento energtico de la misma. Es decir, cuanto mayor sea el rendimiento energtico de una mquina trmica, menor ser el impacto en el ambiente, y viceversa.En donde : S : es el incremento de la entropa

t : es el tiempo durante el cual se realizo dicho incrementoLa formula denota que el cambio en la entropa de un sistema termodinmico siempre es mas alto o igual que cero , y que el tiempo es la dimensin fundamental en la cual el sistema esta realizando trabajo.