FÍSICA BÁSICA – I
Leyes de la termodinámica
(continuación)
(Clase 1)
UNIDAD DE FORMACIÓN BÁSICA INTEGRAL
Departamento Académico de Ciencias Exactas
MAQUINA DE CARNOT
Desde que se construyeron las primeras maquinas de vapor ,hace 200 años, siempre se ha buscado desarrollar motores más eficientes. El físico francés Sadi Carnot, demostró que la maquina más eficiente es aquella que funciona entre dos temperaturas fijas
𝑻𝒄((𝒄𝒂𝒍𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆) y 𝑻𝑭 𝒇𝒓𝒊𝒂 . Esta máquina, funciona siguiendo UN
PROCESO DE CUATRO PASOS conocido como el CICLO DE CARNOT
La expansión y la compresión se da en dos tiempos
La eficiencia del ciclo de Carnot será:
𝒆 = 𝟏 −
𝑻
𝑭𝑻
𝑪temperaturas en Kelvin
Ninguna máquina real supera la eficiencia de la
máquina de Carnot y su trabajo útil máximo es:
𝑸
𝑪𝑸
𝑭𝑾
𝒖𝒕𝒊𝒍MÁQUINAS TÉRMICAS
Un dispositivo que transforma calor parcialmente en trabajo o energía
mecánica es una MÁQUINA TÉRMICA. Las MÁQUINAS TÉRMICAS incluyen a los motores de los automóviles, los
motores de los aviones, las centrales de energía, etc.
La SUSTANCIA DE TRABAJO de una
máquina térmica corresponde a una cantidad de materia dentro de ella, la máquina
experimenta entrada y salida de calor en una expansión y compresión de la SUSTANCIA DE TRABAJO respectivamente. A veces puede cambiar de fase.
Las máquinas más fáciles de analizar son aquellas que experimentan un
DIAGRAMA DE FLUJO Y ENERGIA DE UNA MÁQUINA TÉRMICA
𝑸𝟏 = 𝑸𝑪= calor
suministrado a la máquina por la fuente caliente
𝑸𝟐 = 𝑸𝑭= calor
rechazado por la máquina a la fuente de baja temperatura (medio exterior) El trabajo útil neto realizado por la máquina térmica
𝑾
𝒖𝒕𝒊𝒍= 𝑸
𝑪− 𝑸
𝑭Eficiencia de la máquina térmica
𝑸
𝑪𝑸
𝑭𝑾
ú𝒕𝒊𝒍MÁQUINAS REFRIGERANTES
Esta máquina opera a la
inversa de una máquina térmica
El coeficiente de eficiencia energética
C.O.P
de un refrigerador se define
por:
𝑪. 𝑶. 𝑷
=
𝑸
𝑭𝑾
𝑪. 𝑶. 𝑷
=
𝑸
𝑭𝑾
=
𝑸
𝑭𝑸
𝑪− 𝑸
𝑭𝑾 = 𝑸
𝑪− 𝑸
𝑭Los coeficientes C.O.P típicos de los
refrigeradores están comprendidos entre 2 y 4 .
Un C.O.P de 4 significa que POR CADA 1 JOULE DE ENERGÍA ELÉCTRICA QUE
CONSUME EL REFRIGERADOR EXTRAE 4 JOULES de energía térmica. De los
objetos que contiene.
El valor máximo del
C.O.P
es:
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Los sistemas mecánicos y/o sistemas termodinámicos parecen tener una dirección preferida cuando se desarrolla un cierto proceso natural.
Este hecho se puede plantear de varias formas:
El planteamiento en términos de una MÁQUINA TÉRMICA, es que
ningún proceso cíclico puede convertir calor totalmente en trabajo.
El planteamiento en términos del
ENTROPIA (S)
Se puede interpretar como una medida del desorden de un sistema en un
proceso espontaneo y que nos permite enunciar a la SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA en forma
cuantitativa
El cambio de ENTROPÍA (∆𝑺) de
cualquier proceso reversible depende del cambio de flujo de calor y de la
temperatura absoluta
∆𝑺 =
𝒅𝑸
𝑻
=
∆𝑸
𝑻
𝒖𝒏𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆𝒔: ∆𝑺 = 𝑱
𝑲
. La ENTROPÍA solo depende del estado el sistema.
. Un planteamiento de la segunda ley de la termodinámica es que la ENTROPÍA
de un sistema aislado puede aumentar pero nunca disminuir.
. En un proceso reversible idealizado que implica solo estados de
equilibrio, el cambio total de ENTROPÍA del sistema y su entorno es cero.
. Todos los procesos irreversibles implican un aumento de ENTROPÍA. En física la medida del desorden de
FÍSICA BÁSICA – I
ELECTRICIDAD
CARGA ELÉCTRICA Y FUERZA ELÉCTRICA
(Clase 2)
UNIDAD DE FORMACIÓN BÁSICA INTEGRAL
Departamento Académico de Ciencias Exactas
La estructura de los átomos se describe en
términos de tres partículas:
• 1ro La suma algebraica de todas las cargas eléctricas en cualquier sistema cerrado es constante.
• 2do La magnitud de la carga del electrón o del protón es la unidad natural de carga.
𝒒
𝒆𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓𝒐𝒏= −𝟏, 𝟔𝒙𝟏𝟎
−𝟏𝟗𝑪
Principio de Conservación de Carga eléctrica
Conductores, aislantes y cargas inducidas
O
Conductores:
materiales en los cuales la carga eléctrica se
desplaza con facilidad.
O
Aislantes:
la carga no se mueve con facilidad.
O
Semiconductores:
tienen propiedades intermedias entre
LEYES DE COULOMB
PRIMERA LEY: Las cargas eléctricas de signos diferentes se atraen y cargas de signo iguales se repelen.
SEGUNDA LEY: La magnitud de la fuerza eléctrica entre cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas, e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. De acuerdo con la siguiente ecuación:
𝒒𝟏 𝒚 𝒒𝟐 𝒆𝒏 𝒖𝒏𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆𝒔 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒖𝒍𝒐𝒎𝒃 𝑪 , 𝐥𝐚 𝐝𝐢𝐬𝐭𝐚𝐧𝐜𝐢𝐚 𝐫 𝐞𝐧 𝐦𝐞𝐭𝐫𝐨𝐬(𝐦) y la constante
FÍSICA BÁSICA – I
ELECTRICIDAD
CAMPO ELÉCTRICO
(Clase 3)
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CAMPO ELÉCTRICO
LÍNEAS DE FUERZA DEL CAMPO ELÉCTRICO
CÁLCULO DE CAMPOS ELÉCTRICOS
𝑬𝟐
+𝑞1
-𝑞2
d
