sistema - Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional del Nordeste
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA CURSO FÍSICA II 2013 CLASE I 11/MARZO PROF. JUAN JOSÉ CORACE FISICA II SISTEMAS MATERIALES Y SISTEMAS TERMODINÁMICOS. PROPIEDADES. ESTADO DE UN SISTEMA. PROCESOS. FISICA II TERMODINÁMICA La palabra ENERGÍA, proviene del vocablo (érgon) que significa fuerza en acción, o capacidad para producir trabajo, es el protagonista principal de nuestra materia: LA TERMODINÁMICA LA TERMODINÁMICA ES LA CIENCIA QUE ESTUDIA LA CONVERSIÓN DE LAS DISTINTAS FORMAS DE ENERGÍAS… ETIMOLÓGICAMENTE, ES EL ESTUDIO DE LA RELACIÓN ENTRE CALOR Y DEL TRABAJO… FORMAS DE ENERGÍA CONDICIÓN ENERGÍA SIN TRANSICIÓN TIPO POTENCIAL CINÉTICA INTERNA (TÉRMICA) ELECTROMAGNÉTICA QUÍMICA CONDICIÓN PROPIEDADES DEL SISTEMA NO ES UNA PROPIEDAD DEL SISTEMA ENERGÍA EN TRANSICIÓN TRABAJO CALOR ES FUNCIÓN DE UN PROCESO SE PRESENTA DURANTE UN PROCESO POSEEN SISTEMAS MATERIALES ENERGÍA DE LOS HACE POSIBLE ENTRE SE EJERCEN MUTUAMENTE MODIFICAN LA A TRAVÉS DE ACCIONES PRODUCEN CAMBIOS LA TERMODINÁMICA SE EXPLICA A PARTIR DE PRINCIPIOS O LEYES • Principio Cero: permite definir la TEMPERATURA como una propiedad. • Principio Uno: define el concepto de ENERGÍA como magnitud conservativa. • Principio Dos: define la ENTROPÍA como magnitud no conservativa, una medida de calificar los procesos. • Principio Tres: postula algunas propiedades en el CERO ABSOLUTO de temperatura. EN TÉRMINOS SIMPLES: • Primer Principio: especifica la CANTIDAD de ENERGÍA. • Segundo Principio: define la CALIDAD de esa ENERGÍA. • Tercer Principio: puntualiza la muerte térmica del Universo o el Final de la ENERGÍA. TERMODINÁMICA la parte de la física que estudia procesos en los cuales los sistemas intercambian energía o materia cuando están en “EQUILIBRIO”. APLICACIONES DE ESTA MATERIA… PRODUCCIÓN DE VAPOR Y ENERGÍA GENERACIÓN DE ENERGIA FOTOVOLTAICA SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN y CALEFACCIÓN CELDAS DE COMBUSTIBLES CALENTAMIENTO SOLAR DESALILIZACIÓN DE AGUA LICUEFACCIÓN DE GASES CONCEPTOS BÁSICOS • SISTEMA • ENTORNO O MEDIO AMBIENTE • SISTEMA ABIERTO • SISTEMA CERRADO • SISTEMA AISLADO • PROCESOS , CICLOS Y EL EQUILIBRIO • LA ENERGÍA Y LOS CAMBIOS SISTEMAS SISTEMAS SISTEMA - MEDIO AMBIENTE W LIMITE O FRONTERA Q m SISTEMA ENTORNO O MEDIO AMBIENTE es lo que rodea al sistema SISTEMA ABIERTO SISTEMA CERRADO SISTEMA AISLADO VASO DE DEWAR CARACTERISTICAS DEL SISTEMA AISLADO TIENEN ENERGÍA Y MASA CONSTANTE FRONTERA RÍGIDA, no permiten el intercambio de energía mecánica; FRONTERA PERFECTAMENTE AISLADA, no permiten el flujo de calor; FRONTERA IMPERMEABLE; no permiten el intercambio de materia. Estos sistemas no ocurren en la naturaleza, sin embargo son importantes porque facilitan el estudio de casos generales SISTEMA CLASIFICACIÓN COMENTARIOS ABIERTO HAY INTERCAMBIO DE MATERIA CON LOS ALREDEDORES…. ….COMO CALOR Y TRABAJO ABIERTO LA CÁSCARA DEL HUEVO PERMITE EL PASAJE DE GASES. ESTE SISTEMA TAMPOCO ES ADIABÁTICO, PUES PERMITE EL PASAJE DE CALOR DE LA MADRE… UNA CÁPSULA ESPACIAL CERRADO NO SE PERMITE EL INTERCAMBIO DE MATERIA CON EL EXTERIOR, PERO SÍ RECIBE ENERGÍA DESDE FUERA (COMO RADIACIÓN) EL UNIVERSO AISLADO POR DEFINICIÓN… UNA BACTERIA UN HUEVO DE GALLINA LA TERMODINÁMICA DEFINE LOS SISTEMAS MEDIANTE SUS PROPIEDADES OBSERVABLES PROPIEDADES, PARÁMETROS, VARIABLES, MEDIBLES TRAS UN PROCESO O EVENTO…ES DECIR UN CAMBIO… SON PROPIEDADES : PRESIÓN, LA TEMPERATURA, EL ÍNDICE DE REFRACCIÓN, VISCOSIDAD, DENSIDAD, MASA, VOLUMEN, COLOR, SABOR, OLOR,RUGOSIDAD… PROCESOS PROCESOS PROCESOS PROCESO ES LA ACCIÓN QUE MODIFICA A CAMBIANDO DE UN ESTADO A OTRO…. UN SISTEMA EXISTEN DIFERENTES PROCESOS Y ESTOS VAN A DEPENDER DE LA TRAYECTORIA O CAMINO SEGUIDO PARA LLEGAR AL CAMBIO: •PROCESO QUÍMICO •PROCESO FÍSICO •PROCESO TÉRMICO •PROCESO TERMODINÁMICO IRREVERSIBLE •PROCESO TERMODINÁMICO REVERSIBLE EQUILIBRIO - TRAYECTO ESTABLE - METAESTABLE PROCESO EQUILIBRIO ESTABLE: NIVEL DE ENERGÍA MÁS BAJO. EQUILIBRIO EQUILIBRIO METAESTABLE: REÚNE LOS ATRIBUTOS DE EQUILIBRIO, PERO NO TIENE EL NIVEL ENERGÉTICO MÁS BAJO. SÓLO SI SE SUPERA LA BARRERA DE ENERGÍA (ENERGÍA DE ACTIVACIÓN) SE ACCEDERÁ AL ESTADO ESTABLE. SISTEMA INESTABLE: EXISTEN DOS CASOS TIPO 1 TIPO 2 REÚNE PRIMER ATRIBUTO DE EQUILIBRIO, PERO NO EL SEGUNDO. NO REÚNE NINGUNO DE LOS ATRIBUTOS. PROCESO TERMODINÁMICO IRREVERSIBLE CAMBIO DE UN ESTADO METAESTABLE A UN ESTADO MÁS ESTABLE DE MENOR ENERGÍA. PROCESO TERMODINÁMICO REVERSIBLE CAMBIO DE UN ESTADO INICIAL ESTABLE A UN ESTADO FINAL TAMBIÉN ESTABLE, PASANDO POR UNA SECUENCIA CONTINUA DE ESTADOS DE EQUILIBRIO. EN LA NATURALEZA NO EXISTEN PROCESOS PERFECTAMENTE REVERSIBLES, SE EMPLEAN SÓLO COMO MODELOS TERMODINÁMICOS. CICLOS FIN CLASE I PROXIMA CLASE 15 MARZO2012
