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1Marcos Guerrero
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OBJETIVOS DE LA UNIDAD.OBJETIVOS DE LA UNIDAD.Indique que la temperatura determina la direccin de la transferencia de energiatrmica entre dos objetos.
Definir ex licar distin uir en forma macrosc ica microsc ica los
trminos temperatura , calor y energa interna.
Indique que la energa interna de una sustancia es la energa potencial total mas
la energa cintica aleatoria de las partculas de la sustancia.
Distin uir ex licar brevemente los diferentes termmetros escalas de
temperatura que ms se utilizan.
Indique la relacin entre las escalas de temperaturas Kelvin y Celsius.
Definir los coeficientes de dilatacin trmica lineal, superficial y volumtrica.Ex licar microsc icamente la ex ansin trmica de una slido.
Explicar y resolver problemas en situaciones prcticas relacionados con la
expansin lineal, superficial y volumtrica.
Definir y explicar los conceptos macroscpicos y microscpicos de capacidad
calorfica calor es ecfico calor latente a licarlos a diversos roblemas.
Explicar por qu diferentes sustancias puedes tener diferentes calores especficosy calores latentes.
Describir mtodos de determinar calores especficos y calores latentes, y resolver
los roblemas de situaciones rcticas.
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Describir las transformaciones entre estados/fases de materia en trminos
macroscpicos y microscpicos.
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Describir y explicar los cambios de estado con la temperatura en trminos
macroscpicos y microscpicos.
xp car en rm nos m crosc p cos por qu no cam a a empera ura cuan o se
transfiere energa dentro a fuera de una sustancia durante un cambio de estado/fase.
Distinga entre evaporacin y ebullicin.
Resolver problemas que impliquen tanto el calor especfico como el calor latente
espec co a rav s e a conservac n e a energ a en s s emas a s a os.
Describir y explicar mediante ejemplos prcticos los procesos de transmisin decalor: conduccin, conveccin y radiacin en trminos macroscpicos y
microscpicos.
eso ver pro emas so re ransm s n e ca or.
Explicar en trminos de la estructura microscpica las diferencias entre sustancias
con alta y baja conductividad trmica.
Defina mol y masa molar. e na a cons an e e voga ro.
Defina presin.
Describir simples experimentos para demostrar las relaciones entre presin, volumen
y temperatura de una masa de gas fija.
nunc ar as eyes macrosc p cas y m crosc p cas e una gas ea que re ac onan apresin, volumen y temperatura.
Resolver problemas utilizando la ecuacin de estado de un gas ideal PV = n RT.
Describir el modelo microscpico (cintico) de un gas, y explicar la presin y
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empera ura e gas en rm nos e mo e o c n co.
Indique que la temperatura es una medida de la energa cintica aleatoria media de
las partculas de un gas ideal.
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Utilizar el modelo microscpico (cintico) para explicar cualitativamente las relaciones
entre la presin, volumen, temperatura y cantidad macroscpicos de un gas.Explicar y distinguir entre los conceptos de temperatura, calor y energa interna, tanto en
trminos macroscpicos como microscpicos.
Formular la naturaleza de la termodinmica.
Definir calor, trabajo y energa interna y enunciar que son procesos de conversin de
energa.
Explicar y dar ejemplos de lo que se entiende por un sistema en termodinmica y porprocesos y ciclos termodinmicos.
Identificar y dar ejemplos de conversin de energa entre calor, trabajo y energa interna en
diferentes procesos.
Identificar y calcular el calor, energa interna y trabajo en procesos y ciclos
termodinmicos.
Representar diferentes procesos y ciclos termodinmicos en diagramas de presin-
volumen.
Deduzca una expresin para el trabajo desarrollado al cambiar el volumen de un gas, a
presin constante.
Enunciar la primera ley de la termodinmica, y aplicarlos en diversos procesos y ciclos
termodinmicos.Describa los cambios de estado isocricos (isovolumtricos), isobricos, isotrmicos y
adiabticos de un gas
ideal.
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Dibuje y anote los procesos y ciclos termodinmicos en diagramas PV.
Calcule a partir de un diagrama PV el trabajo realizado en un ciclo termodinmico.
xp car e concep o e un c c o ermo n m co y un mo or ermo n m co. ar e emp os
de tales motores.
Describir el funcionamiento del motor de combustin interna de cuatro tiempos,
identificando las diversas etapas y los procesos de conversin de energa.
xp car e concep o e en rop a, en cuan o se re ac ona con e esor en e un s s ema.
Enunciar la segunda ley de la termodinmica en trminos macroscpicos comprendiendolas limitaciones en la conversin de energa interna mecnica a trmica, y en trminos
microscpicos involucrando el aumento de entropa.
escr r y scu r os pr nc p os y unc onam en o s co e os re r gera ores y om as
de calor, y definir y aplicar la eficiencia trmica y el coeficiente de rendimiento.
Indique como la segunda ley de la termodinmica implica que la energa trmica no puede
ser transferida espontneamente desde una regin de baja temperatura hasta una regin dea a empera ura.
Discutir la importancia de la segunda ley de la termodinmica para diversos procesos.
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TEMPERATURA.
Es una cantidad escalar que mide en forma cualitativa cun caliente o
cun fro esta un objeto o sustancia.
e n c n macrosc p ca:
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La temperatura absoluta (temperatura medida en Kelvin) es
Definicin microscpica:
proporcional a la energa cintica promedio de traslacin de las
partculas que componen el objeto o sustancia.
21VmEC = Donde: VVV N
22
2
2
12 ....+++
tECT
2 N
Animacin.
La temperatura es una propiedad intensiva , es decir que no depende
del tamao del sistema, sino que es una propiedad que le es inherente
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este compuesto.
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Explique, qu ocurre con la temperatura de un gas que esta
encerrado en un recipiente, tal como se muestra en la figura, cuando
Se tienen dos recipientes llenos con agua, un recipiente tiene 2 litros y
el otro recipiente tiene 4 litros, sin ambos tienen la misma temperatura,
Marcos Guerrero 8
promedio de traslacin?
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Una muestra de gas ideal a una temperatura de 200 K
tiene un promedio de energa cintica de traslacin E.
Si la temperatura del gas se reduce a 50 K, el
romedio de la ener a cintica de traslacin ser:
A. E/2B. 2E
.
D.4E
Marcos Guerrero 9
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Para ue el ob eto A ten a una altatemperatura absoluta que el objeto B, el
objeto A debera tener un:
A. alto promedio de energa potencialgravitacional.
. e e e e e
elctrica.
.
traslacin.
D. alto promedio de energa cintica de
rotacin.
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Cul grfico representa mejor la relacin
entre la temperatura absoluta (Tk) de un gas
ideal y el promedio de la energa cintica de
k
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.Existen muchos tipos de escalas de temperatura.
Para construir un termmetro (medidor de temperatura), hay que definiruna escala de temperatura y para esto se necesita conocer:
na prop e a que var e con a empera ura, ama o prop e a
termomtrica.
Elegir dos puntos fijos de temperatura, un punto fijo menor y un punto
fijo mayor, para formar un intervalo de temperatura.
Dividir en partes iguales el intervalo de temperatura seleccionado.
Si se quiere determinar un valor que est dentro del intervalo se
interpolay se el valor a determinar est fuera del intervalo seextrapola.
Marcos Guerrero 12
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Para determinar la temperatura T en trminos de la propiedad
termomtrica X, podemos utilizar el siguiente grfico:
T
BT
A
?=MTN( )( ) B
BA
BM
M TNXX
XX
T +
=
Propiedad termomtrica XBX
AX
M
X
: es el valor de temperatura en el punto fijo alto.
: es el valor de temperatura en el punto fijo bajo.BTAT
: es el valor de temperatura medido.:es el nmero de divisiones que se escoge para dividir el
intervalo de temperatura.
M
N
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.
: es el valor de la propiedad termomtrica en el punto fijo bajo.
: es el valor de la propiedad termomtrica medido.
BXA
MX
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utilizando la propiedad X de una sustancia.
caracterstica de la propiedad X?A. El valor de la propiedad debe ser cero a
cero Kelvin.
B. La propiedad debe aumentar al hacerlo laempera ura.
C. La propiedad debe tomar un valor diferente
.D. El valor de la propiedad debe variar
linealmente con la tem eratura Kelvin.
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ALGUNOS TIPOS DE TERMMETROS.emp os e erm me ros:
Gas mantenido a volumen constante: En este termmetro la presin
sera la propiedad termomtrica, y en funcin de la presin se
Gas mantenido a presin constante: La propiedad termomtrica es ahorael volumen.
propiedad termomtrica, y en funcin de la resistencia elctrica se
establecera la escala de temperatura.
de mercurio o alcohol con colorante.
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TERMMETRO DE GAS A VOLUMEN
.El termmetro de gas de volumen constante es muy exacto, y tiene un
margen de aplicacin extraordinario: desde -27 C hasta 1477 C.
El termmetro de gas a volumen constante se compone de un
recipiente con gas helio, hidrgeno oxgeno o nitrgeno, segn la
gama de temperaturas deseada y un manmetro con mercurio
me or e a pres n.
termmetro es que el gas
puede pasar a lquido por la
presin.
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Se pone el recipiente del gas en el ambiente cuya temperatura hay
que medir. Primero se ajusta el termmetro colocando el recipiente en
e o y uego en agua que es a , con esos va ores etemperatura se ajusta de tal manera que el gas en el recipiente sea
constante, es decir, moviendo el tubo del lado derecho hasta que el
nivel del mercurio del tubo del lado izquierdo este en el 0 de la escala.
Luego se obtienen las alturas de presin, es decir, el valor de presin
y se construye la siguiente grfica:
Luego de obtener la curva, se puede medir cualquier valor de presin,
Marcos Guerrero 19
derecho. Por ultimo vamos a la grfica P vs. T para obtener el valor de
temperatura.
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Si el recipiente que contiene el gas tuviera diferentes gases el
comportamiento de la grfica P vs. T no cambia, es decir, sigue siendo
.izquierdo nos vamos a fijar que llega a -273.15 C
La temperatura donde la presin es cero se conoce comotemperatura
absoluta (0 K).
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Qu es el cero absoluto de temperatura?
El cero absoluto de temperatura (0K) es la temperatura ms baja quetericamente se puede alcanzar. En el cero absoluto las partculas del cuerpoo sustancia estn paradas. Esto es, no tienen energa cintica.
0K= -273C.
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Qu es el cero absoluto de temperatura?
Esta temperatura es imposible de alcanzar, pues el cuerpo o sustanciadebera de estar totalmente aislado de cualquier fuente de calor, lo que no es
posible.
24Marcos Guerrero
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El grafico adjunto representa la relacin entre
traslacin de las partculas de un gas ideal y la
tem eratura en Celsius.
El punto X representa la temperatura de:0.
B. 00C
C. 1000C
25Marcos Guerrero
D. -2730C
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TERMMETRO CLNICO DE CRISTAL.Los primeros termmetros se fabricaron en base a el principio de la
dilatacin trmica (propiedad termomtrica), por lo que se prefiere el
uso de materiales con un coeficiente de dilatacin trmica alto de
, ,
fcilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de
termmetros ha sido el mercurio o alcohol con colorante (para ser
visible) encerrado en un tubo de cristal que incorporaba una escala
graduada.
Marcos Guerrero 26
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Para la construccin de un termmetro clnico de cristal se sigue los
si uientes asos:
1. Elegir 2 valores de temperaturas, una es la temperatura del punto
de fusin del agua (tambin llamado temperatura del punto de
conge ac n e agua y a o ra, a empera ura e pun o e
ebullicin del agua (tambin llamado temperatura del punto decondensacin del agua).
2. Dividir en partes iguales el intervalo de temperaturas escogido.
Elpunto de fusin o punto congelacinde una sustancia se define como latemperatura a la cual coexisten las fases slida y lquida, y es en este
momento que ocurre un cambio de fase.
la temperatura a la cual coexisten las fases lquida o gaseosa, y es en este
momento que ocurre un cambio de fase.
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ESCALAS DE TEMPERATURA.
Existe un sin nmero de escalas de temperatura, sin embargo, slo
mencionaremos las 3 ms importantes; pero todas se basan en la
dilatacin trmica lineal (propiedad termomtrica).
AT
= TTLL
BT NLL BA=
Dilatacin trmica linealBL ALML
: es el valor de temperatura del punto de ebullicin del agua.
: es el valor de temperatura del punto de fusin del agua.BTAT
: es el valor de temperatura medido.:es el nmero de divisiones que se escoge para dividir el
intervalo de temperatura.
M
N
.
: es el valor de la longitud en el punto fijo bajo.
: es el valor de la longitud medido.
BLA
ML
Animacin. 28Marcos Guerrero
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Independientemente en que escala se trabaje, la dilatacin trmica lineal
es la misma en los 3 termmetros.
Animacin.
180
32
100
0
100
273 00 =
=
=
FCKBM
TTT
LL
LL
De este resultado podemos concluir que la variacin de temperatura en
la escala Kelvin es la misma variacin de temperatura en la escala
Marcos Guerrero 29
.CK
TT 0=
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Determinar la relacin que existe entre la escala Kelvin y la escala
Celsius.
Determinar la relacin que existe entre la escala Kelvin y la escala
Fahrenheit.
Determinar la relacin que existe entre la escala Celsius y la escala
Fahrenheit.
,es -15D y el punto de ebullicin del agua es de +60D. Obtener unaecuacin que relacione esta escala con la escala Celsius y luegodeterminar a cuantos D corresponde 30C
Marcos Guerrero 30
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Los intervalos de tem eratura de un radoCelsius (0C), un Kelvin (K) y un grado
Fahrenheit (0F), estn relacionados
mediante:
A. 0C = K =0F
. =
C. 0C < K >0F0 = >0.
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En el siguiente diagrama muestra la posicin
e men sco e mercur o en un erm me roclnico.Cul de los siguientes valores
,
su incertidumbre?A. 6 00 50C
B.(6,10,1)0C
C.(6,20,2)0
CD.(6,20,5) C
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..Es la energa total almacenada en un tomo o molcula de unasustancia u objeto.
EnergaInterna
Otras formasde energa.
EnergaPotencial
Energacintica
PotencialElctrica
Potencialgravitacional
Cinticatraslacin
cinticarotacin
cinticavibracin
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CONTACTO TRMICO.es un es a o e os o m s o e os o sus anc as que se encuen ran encontacto fsico.
CALOR .Es un proceso de transferencia de energa de un objeto o sustancia
a otro, debido a una diferencia de temperatura en los objetos osustancias que se encuentran en contacto trmico.
La unidad de en el S.I. es el Joule (J).Q
,
objeto o sustancia de menor temperatura.
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ENERGA TRMICA.
Es un trmino especializado que se refiere a la parte de la energa interna
de un sistema relacionada con el total de la energa cintica presente
debida a los movimientos aleatorios de las artculas.
Estado de 2 o ms objetos o sustancias en contacto trmico cuando han
alcanzado una misma tem eratura.
.
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LEY CERO DE LA TERMODINMICALEY CERO DE LA TERMODINMICA
Si los cuerpos A y B, por separado, estn en equilibrio trmico conun tercer cuerpo C, entonces A y B estarn en equilibrio trmico uno
con otro si se ponen en contacto trmico
Los aislantes trmicos son conocidos como aredes adiabticas
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(madera, hormign, fibra de vidrio), en cambios los conductores
trmicos son conocidos como paredes diatrmanas ( metales)
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FUERZA Y ENERGA POTENCIALFUERZA Y ENERGA POTENCIAL
La fuerzas que mantiene unidas a las partculas (tomos y
mo cu as son as uerzas e ectromagn t cas y as
gravitacionales, sin embargo las fuerzas electromagnticasson muchos mayores que las fuerzas gravitacionales por lo
ue estas ultimas se ueden des reciar.
Inicos
Enlaces
pr mar os e cos
Covalentes
secundariosVanderwaals
Hidrgeno
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EF EPW
E=
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EE =
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EPE
rE
=
El negativo de la pendiente de una grfica energa potencia
elctrica vs. la distancia de separacin entre partculas nos dala fuerza elctrica.
La forma asimtrica de la grfica fuerza elctrica vs. la
distancia de separacin entre partculas con respecto al punto
de equilibrio nos indica la existencia de las diferentes fases.
posicin de equilibrio, las partculas comenzarn a tener un
M.A.S.
Dos artculas estn en e uilibrio cuando tienen la mnima
energa potencial elctrica entre ellas.
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DILATACIN TRMICA .DILATACIN TRMICA . Tambin llamado expansin trmica.
Es un fenmeno que cambia las dimensiones al cambiar la.
La dilatacin trmica puede ser lineal, superficial yvolumtrica (real).
a gran mayor a e os o e os o sus anc a se a an aaumentar la temperatura.
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COEFICIENTES DE DILATACINCOEFICIENTES DE DILATACIN
. .Sustancia ( )1 C
erro . x -
Aluminio 22.4 x 10 -6-6.
Plata 18.3 x 10 -6
Plomo 27.3 x 10-6
Nquel 12.5 x 10 -6
Acero 11.5 x 10 -6
nc . x
-
Vidrio 7.3 x 10 -6
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