Apuntes curso de licenciatura

Click here to load reader

  • date post

    05-Feb-2016
  • Category

    Documents

  • view

    31
  • download

    1

Embed Size (px)

description

Apuntes curso de licenciatura en las areas de Física, Química, Matematicas y Biología.

Transcript of Apuntes curso de licenciatura

Curso Licenciatura IDEA 2015

FSICA

Calor y Trabajo

La energa interna aumenta cuando aumenta el trabajo (W) o el calor (Q)

Equilibrio termodinmico cuando no hay una fuerza resultante que actu en el sistema la temperatura del sistema ser igual a la temperatura alrededor de este.

U (cambio de energa interna) = Q (calor neto absorbido) W (trabajo realizado)

El cambio en la energa interna en un sistema es igual al calor aadido al sistema menos el trabajo realizado por el sistema

1ra Ley de la termodinmica

Aplicacin del principio de conservacin de la energa

U = Q + W

La variacin de la energa interna de un sistema es igual a la suma del calor y del trabajo

U = Ufinal Uinicial = Q + W

Proceso adiabtico. No hay intercambio de energa trmica (Q) entre el sistema y su alrededor. Un proceso adiabtico es aquel en que el sistema no pierde ni gana calor. La primera ley de Termodinmica con Q=0 muestra que todos los cambios en la energa interna estan en forma de trabajo realizado.

Q = U + WCuando Q = 0 Entonces 0 = U + W W = -U

Proceso isocrico. Aquel en el que el volumen del sistema permanece constante. Un proceso isocrico, tambin llamado proceso isomtrico o isovolumtrico es un proceso termodinmico en el cual el volumen permanece constante; V = 0. Esto implica que el proceso no realiza trabajo deducir que Q, el cambio de la energa interna del sistema es: Q = U

Q = W +UCuando W= 0Entonces Q = 0 + U

Q = U

Proceso isotrmico A temperatura constante. En un proceso a temperatura constante, donde participa un gas ideal, se puede expresar la presin en trminos del volumen:

Q = W + UU = 0Q = W + 0

Q = W

2da Ley de la termodinmica

La segunda ley de la termodinmica es un principio general que impone restricciones a la direccin de la transferencia de calor, y a la eficiencia posible en los motores trmicos. De este modo, va ms all de las limitaciones impuestas por la primera ley de la termodinmica.

La mxima eficiencia que se puede conseguir es la eficiencia de Carnot.

Segunda ley de termodinmica: es imposible extraer una cantidad de calor QH de un foco caliente, y usarla toda ella para producir trabajo. Alguna cantidad de calor QC debe ser expulsada a un foco fro. Esto se opone a un motor trmico perfecto.

A veces se denomina la "primera forma" de la segunda ley, y es conocida como el enunciado de la segunda ley de Kelvin-Planck.

Segunda ley de la termodinmica: No es posible que el calor fluya desde un cuerpo fro hacia un cuerpo mas caliente, sin necesidad de producir ningn trabajo que genere este flujo. La energa no fluye espontneamente desde un objeto a baja temperatura, hacia otro objeto a mas alta temperatura. Esto se opone al perfecto refrigerador. Las declaraciones sobre los refrigeradores, se aplican a los acondicionadores de aire y a las bombas de calor, que encarnan los mismos principios.

Esta es la "segunda forma", o la declaracin de Clausius de la segunda ley.

Refrigeracin

(coeficiente de rendimiento) = Qfro / W = Qfro / (Qcaliente Q fro)

Tambin se aplica como:

(coeficiente de rendimiento) = T fro / (Tcaliente T fro)

Segunda ley de la termodinmica: en cualquier proceso cclico, la entropa aumentar, o permanecer igual.

Puesto que la entropa da informacin sobre la evolucin en el tiempo de un sistema aislado, se dice que nos da la direccin de la "flecha del tiempo". Si las instantneas de un sistema en dos momentos diferentes, muestran uno que est ms desordenado, entonces se puede deducir que este estado se produjo mas tarde en el tiempo que el otro. En un sistema aislado, el curso natural de los acontecimientos, lleva al sistema a un mayor desorden (entropa ms alta) de su estado.

Wsalida = Qentrante Qsaliente

E(Eficiencia) = (Qentrante Qsaliente) / Qentrante

Ciclo de Carnot

El ciclo de motor trmico mas eficiente es el ciclo de Carnot, consistente en dos procesos isotrmicos y dos procesos adiabtico. El ciclo de Carnot se puede considerar como, el ciclo de motor trmico mas eficiente permitido por las leyes fsicas. Mientras que la segunda ley de la termodinmica dice que no todo el calor suministrado a un motor trmico, se puede usar para producir trabajo, la eficiencia de Carnot establece el valor lmite de la fraccin de calor que se puede usar.

Con el fin de acercarse a la eficiencia de Carnot, los procesos que intervienen en el ciclo del motor de calor deben ser reversibles y no implican cambios en la entropa. Esto significa que el ciclo de Carnot es una idealizacin, ya que no hay procesos de motores reales que sean reversibles y todos los procesos fsicos reales implican un cierto aumento de la entropa.

Eficiencia de una maquina

E = (Tentrante Tsaliente) / Tentrante

EJERCICIOS

Una maquina trmica realiza 240J de trabajo durante el cual su energa interna disminuye en 400J, cual es el intercambio de calor neto?

Einterna disminuye

U (negativo), motor W (positivo)U = -400JW = 240JQ = -400J + 240JQ = -160J

Gas dentro de un cilindro se dilata a presin constante de 200kPa, y su volumen aumenta de 2x10-3 a 5x10-3, que trabajo realiza?

W = PVW = (200x103Pa) (5x10-3 m3- 2x10-3m3)W = 600J

Una maquina ideal funciona entre 2 depsitos a 500K y 400K respectivamente, absorbe 900J de calor del depsito a alta temperatura durante cada ciclo. Cul es la eficiencia y calor liberado?.

E = (Tentrada Tsalida) / TentradaE = (500K 400K) / 500K = 0.200La eficiencia ideal es de 20%

E = Wsalida / QentradaWsalida = E*QentradaWsalida = (0.2) (900J) = 180JQsalida = Qentrada WsalidaQsalida = 900J 180J = 720JEl calor liberado es 720J

Cual es la eficiencia de un motor de gasolina, la razn de combustin es de 8 y = 1.4

V1/V2 = 8

1 = 1.4 1 = 0.4

e = 1 1/(v1/V2)-1

e = 1 1/80.4e = 1 / 2.297 = 1 / 2.3 e = 57%

Nota: = 1.67 gases monoatmicos = 1.4 gases diatmicos

= Cp (calor a volumen cte)/Cv (calor a presin cte)

Un refrigerador funciona entre 500K y 400K. Cada ciclo extrae 800 J Cuanto trabajo cada ciclo y cuanta energa libera

K = Tfro / Tcalor-TfroK = 400K / 500K-400K = 4

K = Qfro/Wentrante

Wentrante = 800J/4 = 200J

Qcalor = Wentrante + QfroQcalor = 200J +800JQcalor = 1000J

En un sistema qumico industrial se proporciona a un sistema 600J de calor y produce 200J de trabajo, cual es el incremento de energa interna

U = Q WU = 600J 200J = 400J

En un proceso termodinamico la energa interna se incrementa en 500J, cuanto trabajo realizo el gas si se absorbieron 800J de calor

W = 300J

Durante una expansin isbarica a Pconstante 250KPa hacen que el volumen de un gas pase de 1 a 3 litros, que trabajo realiza el gas?

K = 500J

En un contenedor se encierran 2kg de H2O a 20C de modo que el cambio es isocrico, luego el H2O absorbe 9000J de calor al tiempo que 1500 se gotean de un mal aislamiento. En cuanto se incremento la temperatura?

T = 0.896C

2 litros de un gas ideal tienen una temperatura de 300K y presin de 2 atmosferas. El gas soporta dilatacin isobrica mientras la temperatura sube hasta 500K. Que trabajo realizo el gas?.

W = 269.46 KJ

Fuerzas

Una cantidad vectorial incluye: magnitud (nmero y unidad) direccin y sentido

Mtodo grfico

Elegir fuerza y determinar longitud de la flecha, dibujar a escala. Primer vector magnitud y direccin , flecha del siguiente vector saliendo de la punta de la flecha del primero. Ahora dibujar el vector resultante con el origen del primero y la punta del ultimo. Medir con la regla y transformar la magnitud y direccin del vector resultante.

Velocidad de la luz 2.99792458 x 108 m/s

Mtodo del Polgono

Metodo de paralelogramoSeparar las fuerzas en sus componentes x, y; y posteriormente sumar todas las fuerzas en x y en y para obtener la parte resultante en x y la resultante en y

Rx = Ax + Bx + CxRy = Ay + By + Cy

R = Rx2 + Ry2

Tan = Ry/Rx

Ejercicio suma de vectoresUna mujer camina 4km al E luego 8km norte, hallar desplazamiento resultante y comprobar con mtodo de paralelogramo

R = 8.94 km y 63.4 Ndel E

Resultante de las siguientes fuerzas a) 400N 0, b 820N 270 y c 500N 90.

R = 512N 321.3

3 embarcaciones ejercen fuerza sobre un muelle hallar la resultante

500N a 40 antes de los 180, 150N a 90, 420N a los 60

R = 853N, 101.7

Para obtener la fuerza resultante:Tan= Fy/Fx

R = Fx2+Fy2

Cuando son varias fuerzas se suman las componentes en x y las componentes en y por separado

En el equilibrio de fuerzas como en este ejemplo, la componente en x es:

Fx = -AcosA + BcosB = 0Fy = AsenA + BsenB = 0

Momento de torsion

Fuerza de brazo o palanca, momento positivo hacia la izquierda y momento negativo hacia la derecha

Un barco avanza 100km al norte y luego 60km al NE y por ltimo 120 km al este, cual es el desplazamiento resultante?

Representar en escala estos kilmetros y dibujar. Hacer los clculos

R = 10.8 cm = 216 km y = 41

Un burro tira con 20 lb en un angulo de 120 mientras que la persona tira con 60 lb a 0.

Dibujar poniendo equivalencias en cm. Metodo de paralelogramo

R = 52.91 lb y =19.1

Encontrar x y y de una fuerza de 400N en un ngulo polar de 220 a partir de x positivo

= 220-180 = 40

Fx = Fcos = -306NFy = Fsen = -257N

Matematicas

Diferenciales

F(x) = 3x2 + 5x 6Df(x) = (6x+5) dx

F(x) = x+2 / x2Df(x) = x2-(x+2)-2x / x4 = x2-2x2-4x / x 4 dx = -x+4 / x3 dx

F(X) = 7((3x2)-1)Df(x) = 6x