Termodinámica y Ondas Mecánicas



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TEMPERATURA CONCEPTO: La temperatura es aquella magnitud física de tipo tensorial que nos indica de un modo directo el grado de movilidad de las moléculas de una sustancia. Es decir es la manifestación del grado de agitamiento molecular
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LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA Considérense dos sistemas “A” y “B” separados entre sí por un material aislante, y puesto en contacto cada una de ellas con un tercer sistema “C” mediante un mateial conductor. (Gp:) C (Gp:) A (Gp:) B (Gp:) Material aislante (Gp:) Material conductor
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Se produce una transferencia de energía entre los sistemas “A” y “c” hasta que ambos sistemas llegen al equilibrio térmico; lo mismo pasa con los sitemas “B” y “C”. Es decir los sistemas “A” y ”B” alcanzan el equilibrio térmico con el sitema “C”. Ahora, si después de ello se ponen en contacto los sistemas “A” y “B” mediante un material conductor. (Gp:) Material conductor Evidentemente, no se producirá más cambios, los sistemas “A” y “B” estan a la misma temperatura, e igual a la del sistema “C”. Es decir lo sistema “A” y “B” estan en equilibrio térmico.
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ESCALAS DE TEMPERATURA La temperatura se expresa en grados, por lo general en una de las dos escalas relativas: Celsius y Fahrenheit, o en una de las dos escalas absolutas Kelvin o Rankine. Escala Celsius: Es aquella que tiene 100 divisiones donde 0 grados y 100 grados centígrados son las temperaturas de referencia. Escala Fahrenheit: Esta tiene 180 divisiones, donde 32°F y 212°F son las temperaturas de referencia. Escala Kelvin: Esta tiene 273 divisiones desde el cero absoluto hasta la fusión del agua y 100 divisiones entre las temperaturas de referencia. Escala Rankine: Esta tiene 492 divisiones desde el 0 absoluto hasta la fusión del agua y 180 divisiones entre las temperaturas de referencia
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(Gp:) 100 212 373 672 (Gp:) C F K R (Gp:) 0 32 273 492 (Gp:) -273 -460 0 0 (Gp:) °C ° F ° K ° R (Gp:) PE PF CA PE = Punto de ebullición del agua. PF = Punto de fusión del agua (punto triple del agua). CA = Cero absoluto. Nota: Se denomina cero absoluto a la temperatura a la cual las moléculas tienden a cesar su movimiento, es decir, es el estado de energía cinética mínima, pero no igual a cero.
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OBSERVACIÓN: Si ° C, ° F, ° K y ° R son las lecturas de una misma temperatura en las distintas escalas, se cumple la siguiente relación:
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DILATACIÓN Cuando aumentamos o disminuimos la temperatura de un cuerpo a nivel microscópico se produce un aumento o disminución respectivamente de la distancia promedio entre las moléculas, efecto que en conjunto aumentan o disminuyen el tamaño de los cuerpos. De este modo se deduce que: “Al calentarse los cuerpos se dilatan y al enfriarse se contraen” DILATACIÓN LINEAL DILATACIÓN SUPERFICIAL DILATACIÓN VOLUMÉTRICA
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DILATACIÓN LINEAL Tipo de dilatación que experimentan los cuerpos cuya dimensión predominante es la longitud Lf (Gp:) Lo ? L ?L = Lf – Lo ?L = La ?T Lf = L(1+ a ?T) ?T = Tf - To Donde: a: coeficiente de dilatación lineal propio del material y que se expresa en (1/° C) ó (1/° K). Además se verifica que su valor es pequeño:
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DILATACIÓN SUPERFICIAL Es el tipo de dilatación que experimentan los cuerpos en donde la superficie es la dimensión predominante. Aquí se verifica lo siguiente: ?S = Sf – So ?S =Soß ?T Sf = So(1+ ß ?T) (Gp:) Tf (Gp:) So (Gp:) So (Gp:) To Donde: ß: coeficiente de dilatación superficial. ß = 2 a
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DILATACIÓN VOLUMÉTRICA Se le llama también dilatación cúbica y viene a ser la dilatación real que experimentan todos los cuerpos. Aquí se verifica lo siguiente: ?V = Vf – Vo ?V = Vo??T Vf = Vo(1+? ?T) (Gp:) Vo (Gp:) Tf (Gp:) Vf (Gp:) To Donde: ? = coeficiente d dilatación volumétrica T = 3 a
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PROPIEDADES DEL FENÓMENO DE DILATACIÓN TÉRMICA Si un cuerpo se dilata, sus dimensiones internas también se dilatan. Si se incrementa la temperatura de un cuerpo, la distancia entre dos puntos específicos del cuerpo aumenta según el fenómeno de la dilatación lineal.
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EL CALOR CONCEPTO: Cuando expusimos los fundamentos de la ley cero de la termodinámica intuimos la existencia de una forma especial de energía que se transmite desde un cuerpo de alta temperatura hacia un cuerpo de baja temperatura otras veces de una pérdida de energía vibratoria de las moléculas de cuerpo de alta temperatura, y que ganaban las moléculas de bajas temperaturas, es a esta energía a la que llamamos calor, y que solo existe como energía en transito entre cuerpo que mantienen una diferencia de temperaturas.
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UNIDADES DE MEDIDA DE CALOR El calor procede de una energía no almacenable se mide por los efectos que produce; de este modo se establecieron las siguientes unidades. Caloría: (cal) representa la cantidad de calor que debe ganar un gramo de agua para elevar su temperatura 1ºC. De 14,5ºC a 15,5 ºC Kilocaloría: (kal) es la cantidad de calor que debe ganar o perder un kilogramo de agua para elevar o disminuir su temperatura en 1° C. 1kcal = 1000cal Por convenio internacional la caloría se define en la actualidad como 1/860 watio-hora. Como el calor es una forma de energía, también se mide en Jouls 1 cal = 4,186 J (equivalente mecánico del calor)
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CAPACIDAD CALORIFICA Es la magnitud física escalar que nos indica la cantidad de calor que debe ganar o perder un cuerpo para elevar o disminuir su temperatura en un grado
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CALOR ESPECIFICO Es la magnitud escalar que expresa una característica propia de cada sustancia que nos indica la cantidad de calor (Q) que un cuerpo debe de ganar o perder para que su unidad de masa aumente o disminuya su temperatura en un grado.
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CAPACIDAD CALORIFICA MOLAR (C) Muchas veces es muy útil emplear como unidad de masa el mol_gramo. Un mol_gramo es un numero igual al peso molecular M. Para calcular el numero de moles M, se divide la masa en gramos por el peso molecular.
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La capacidad calorífica molar medida a presión cte, para todos los metales excepto los muy ligeros, es aproximadamente la misma e igual a 6 cal/mol°c EL CALORIMETRO: Es un recipiente que se usa para calcular calores específicos, el interior de este recipiente se encuentra aislado convenientemente con el propósito de evitar perdidas de calor. el calorímetro contiene agua cuya masa se ha medido previamente, y un termómetro sumergido en él, que mide la temperatura. Para calcular el calor especifico de una sustancia se toma una muestra de dicha sustancia y se calienta evitando que alcance temperaturas altas, porque cambiara de fase en el agua del calorímetro, se mide la temperatura y se introduce en el calorímetro para después medir la temperatura de equilibrio. LEY DE DOULONG Y PETIT
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termometro material aislante metal que forma la estructura
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En un calorímetro de plomo cuya masa es de 200gr y que se encuentra a 20°C, se coloca 50gr de agua a 40°C y se añade 60gr de agua a 80°c. determinar la temperatura del equilibrio térmico.(Ce pb=0.03 cal/g°c) Ejemplo :