•Viernes 1 de julio
De 11:00 a 13:00 horas
• Viernes 15 de julio
De 11:00 a 13:00 horas
•Physics for Scientists and Engineers with Modern
Physics, Eighth Edition. Raymond A. Serway and
John W. Jewett, Jr.
•Fundamentals of physics. Ninth edition. David
Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker.
•Physics for scientists and engineers. Fifth edition.
Paul A. Tipler and Gene Mosca.
•Physics for scientists and engineers with modern
physics. Third edition. Fishbane et al
1.La temperatura y la ley cero
2.El calor y la primera ley de la
termodinámica
3.La teoría cinética de los gases
4.Entropía y la segunda ley de la
termodinámica
5.El Cuerpo negro
a.El calor y la energía interna
b.El calor específico y la calorimetría
c.El calor latente
d.Trabajo y calor en los procesos
termodinámicos
e.La primera ley de la termodinámica
f. Algunas aplicaciones de la primera ley
g.Los mecanismos de la transferencia de
energía en los procesos térmicos
La energía interna de un sistema
es la energía cinética total debida
al movimiento de sus moléculas (de
sus constituyentes) y la energía
potencial asociada con la vibración
y energía electromagnética de los
átomos que constituyen las
moléculas o los cristales.
En termodinámica, la energía interna
de un sistema se expresa en
términos de pares de variables
conjugadas, tales como la presión y
el volumen, la temperatura y la
entropía, el campo magnético y la
magnetización.
Es la energía
intercambiada entre dos
sistemas cuando no se
encuentran en equilibrio.
Es la energía intercambiada entre
dos sistemas cuando no se
encuentran en equilibrio.
El calor es el flujo de la energía.
Los cuerpos no tienen “calor”, en
realidad tienen energía interna.
La caloría (cal) es la cantidad
de energía que es necesario
transferir a un gram o de agua
para elevar su tem peratura de
14.5°C to 15.5°C .
La caloría (cal) es la cantidad de energ ía que es necesario transferir
a un gram o de agua para elevar su tem per atura de 14.5°C to 15.5°C .
 L a " C aloria", con "C " m ayúscula, y
utilizada para expresar el contenido ene rgético
de los alim entos, es de hecho una kiloca loria.
 la unidad de energía en la vida com ún gringa
es el B ritish therm al unit (B tu), que es la
cantidad de energía necesaria para eleva r de
63°F a 64°F la tem peratura de una libra de agua.
U n a vez clara la relació n en tre en erg ía
térm ica y lo s p ro ceso s m ecán ico s, n o
h ay n ecesid ad d e u n a u n id ad relacio n ad a
co n lo s p ro ceso s térm ico s.
E l Jo u le h a sid o ya d efin id o co m o u n a
u n id ad d e en erg ía b asad a en lo s p ro ceso s
m ecán ico s.
1 cal  4 .1 8 6 J
E sta ig u ald ad se co n o ce, p o r
razo n es p u ram en te h istó ricas,
co m o el eq u ivalen te m ecán ico d el calo r.
U n n o m b re m ás ad ecu ad o sería:
E q u ivalen cia en tre la en erg ía m ecán ica
y la en erg ía in tern a.
a.El calor y la energía interna
b.El calor específico y la calorimetría
c.El calor latente
d.Trabajo y calor en los procesos
termodinámicos
e.La primera ley de la termodinámica
f. Algunas aplicaciones de la primera ley
g.Los mecanismos de la transferencia de
energía en los procesos térmicos
L a capacidad calorífica C de una m uestra
particular de una sustancia se define co m o
la cantidad de energía necesaria para el evar
la tem peratura de la m uestra 1 K (ó un
grado centigrado 1 C ). E s decir,
C 
Q
T
 C   Joule
K
-1
 C   E rg K
-1
E l calor especifico c de una sustancia es la
cantidad de energía  calor  que se necesit a
para elev ar un grado la tem peratura de una
unidad de m asa
c
1 Q
m T
 c   Joule K g
-1
K
-1
 c   E rg g
-1
K
-1
E l calor especifico m olar c de una sustan cia
es la cantidad de energía  calor  que se
necesita para elevar un grado la tem pera tura
de un m ol de la sustancia
c
1 Q
n T
 c   Joule m ol
-1
K
1
 c   E rg m ol
-1
K
-1
E l calo r esp ecifico a vo lu m en co n stan te cV
d e u n a su stan cia es la can tid ad d e en erg ía
 calo r 
q u e se n ecesita p ara elevar u n g ra d o
la tem p eratu ra d e u n a u n id ad d e m asa
cu an d o el vo lu m en d e se m an tien e co n s tan te
 1 Q 
cV  

 m  T V
 cV  
Jo u le K g
-1
K
-1
 cV  
E rg g
-1
K
-1
E l calor especifico a presión constante c P
de una sustancia es la cantidad de energ ía
 calor 
que se necesita para elevar un gra d o
la tem peratura de una unidad de m asa
cuando la presión de se m antiene cons tante
 1 Q 
cP  

 m T P
cP  
Joule K g
-1
K
-1
cP  
E rg g
-1
K
-1
a.El calor y la energía interna
b.El calor específico y la calorimetría
c.El calor latente
d.Trabajo y calor en los procesos
termodinámicos
e.La primera ley de la termodinámica
f. Algunas aplicaciones de la primera ley
g.Los mecanismos de la transferencia de
energía en los procesos térmicos
L a tem p eratu ra d e u n a su stan cia g en eralm en te
cam b ia cu an d o se tran sfiere en erg ía en tr e ella y
su s alred ed o res. S in em b arg o , h ay situ ac io n es
en q u e la tran sferen cia d e en erg ía n o re su lta en
u n cam b io d e la tem p eratu ra. E ste es el caso
siem p re q u e las características d e la su stan cia
cam b ian d e u n a fo rm a a o tra. T al cam b io es
co n o cid o co m o u n cam b io d e f ase.
 C u an d o se d errite u n só lid o .
 C u an d o h ierve u n líq u id o .
 C u an d o cam b ia la estru ctu ra
cristalin a d e u n só lid o .
Los cam bios de fase im plican
un cam bio en la energía interna,
pero no un cam bio en la
tem peratura.
Las diferentes sustancias responden de
m anera diferente a la adición o sustracc ión
de energía m ientras cam bian de fase
debido a que sus arreglos m oleculares
internos varían.
T am bién la cantidad de energía
transferida en un cam bio de fase
depende de la cantidad de la
sustancia involucrada.
S i se requiere transferir una cantidad d e
energía Q para cam biar la fase de una
m asa m de la sustancia, el cociente
L
Q / m
caracteriza una im portante propiedad
térm ica de dicha sust anc i a.
S i se requiere transferir una cantidad d e energía Q para
cam biar la fase de una m asa m de la susta ncia, el cociente
L
Q / m
caracteriza una im portante propiedad tér m ica de dicha sustancia.
D ado que la energía añadida o rem ovida n o
hace que cam bie la tem peratura, a la
cantidad L se le llam a calor latente de la
sustancia.
L  Q / m
E l valo r d e L p ara u n a su stan cia d ep en d e
d e la n atu raleza d el cam b io d e fase y d e
las p ro p ied ad es d e la su stan cia.
L
Q / m
E l valo r d e L p ara u n a su stan cia d ep en d e
d e la n atu raleza d el cam b io d e fase y d e
las p ro p ied ad es d e la su stan cia.
H ay calor latente de fusión, calor laten te
de vaporización, etc.
L  Q / m
 6 2 .7 J  3 3 3 J  4 1 9 J  2 2 6 0 J  4 0 .2 J
 Q  ci m i  T

J 
3
  2090
  1.00  10 kg   30.0 K 
kg K 

 62.7 J
Q  L f m w  L f mi

5 J 
3
  3 .3 3  1 0
1
.0
0

1
0
kg 

kg 

 333 J
 Q  cw m w T

J 
3
  4.19
1.00

10
kg  100.0 K 

kg K 

 419 J
Q  Lv  m s  Lv m w

6 J 
3
  2 .2 6  1 0
1
.0
0

1
0
kg 

kg 

 2 .2 6  1 0 J
3
 Q  csm s T

J 
3
3
  2.01  10
1.00

10
kg   20.0 K 

kg K 

 40.2 J
 6 2 .7 J  3 3 3 J  4 1 9 J  2 2 6 0 J  4 0 .2 J
a.El calor y la energía interna
b.El calor específico y la calorimetría
c.El calor latente
d.Trabajo y calor en los procesos
termodinámicos
e.La primera ley de la termodinámica
f. Algunas aplicaciones de la primera ley
g.Los mecanismos de la transferencia de
energía en los procesos térmicos
Una variable de estado es una cantidad
física que puede ser medida con toda
precisión y que caracteriza el estado del
sistema, independientemente de cómo el
sistema llegó a él. Desde luego que
dichas variables de estado deben ser
univaluadas y deben ser diferenciales
exactas.
Una variable de estado es una cantidad física que puede ser
medida con toda precisión y que caracteriza el estado del
sistema, independientemente de cómo el sistema llegó a él.
Desde luego que dichas variables de estado deben ser
univaluadas y deben ser diferenciales exactas.
La temperatura, la presión y el volumen son
variables de estado.
Otros ejemplos de variables de estado:
La energía interna
La entropía
La energía libre de Helmholtz
La energía libre de Gibbs
 U n a ecu ació n d e estad o es u n a relació n ,
en tre d o s o m ás can tid ad es físicas, q u e
d escrib e el estad o d e la m ateria b ajo u n
co n ju n to d e co n d icio n es físicas.
 P ro p o rcio n a u n a relació n m atem ática
en tre d o s o m ás variab les d e estad o
aso ciad as co n la m ateria .
 L a ecu ació n d e estad o d efin e a u n
sistem a term o d in ám ico : f  P , V , T
0
P V  N kT
N es el núm ero total de
partículas en el gas
y
k  1.380650  10
16
erg K
-1
es la constante de B oltzm ann.
PV  nRT
n es el n ú m ero to tal d e
m o les en el g as
y
R  8 .3 1 4 J K
-1
m ol
1
es la co n stan te d e lo s g ases.
dW  F  dr
  F ˆj  d yjˆ
  Fdy
  PAdy
dW   PdV
Vf
W  

Vi
PdV
Vf
W  

Vi
PdV
Vf
W    P dV
y
P V  N kT donde
Vi
N es el núm ero total de partículas en el gas y k  1.380650  10
Vf
W  

Vi
N kT
V
Vf
d V   N kT

Vi
dV
V
 16
erg K
-1
Vf 
  N kT ln 

 Vi 
Vf
W  
 PdV
Vi

Vf 
W   N kT ln 

 Vi 
S i ten em o s 2 m o les d e u n g as m an ten id o a la tem p eratu ra
co n stan te d e 0 C y se co m p rim e d esd e u n v o lu m en d e 4
litro s h asta 1 litro :
Vf 
W   n R T ln 

 Vi 


erg io s
1
7
   2 m o les   8 .3 1  1 0
  2 7 3 g rad o s  ln  
m o l× g rad o 
4

 6 .3  1 0
10
erg io s  6 3 0 0 jo u les
Vf
W    P dV
Vi
 S i el g as se ex p an d e d V es p o sitivo , y p o r lo tan to ,
el trab ajo h ech o p o r el g as es n eg ativo
 S i se co m p rim e el g as, d V es n eg ativo , y e l trab ajo
h ech o so b re el g as es p o siti vo .
A d o p tam o s la co n veció n q u e el trab ajo h ech o so b re
sistem a es p o sitivo .
Vf
W    P dV
Vi
W a   Pf V f  Vi 
W b   Pi  V f  V i 
Vf
W c    P dV
Vi
Vf
W a   Pf V f  Vi 
W b   Pi  V f  V i 
W c    P dV
Vi
W a  Wc  Wb
La energía transferida en form a de calor,
así com o el trabajo realizado, dependen del
estado inicial, del estado final, y de la
trayectoria seguida entre estos dos esta dos.
W Vi  V f
Vf
    P dV
Vi
 W depende de la trayectoria seguida entre V i y V f
 W no es una variable de estado
 W no es una variable term odinám ica
a.El calor y la energía interna
b.El calor específico y la calorimetría
c.El calor latente
d.Trabajo y calor en los procesos
termodinámicos
e.La primera ley de la termodinámica
f. Algunas aplicaciones de la primera ley
g.Los mecanismos de la transferencia de
energía en los procesos térmicos
E l cam bio en la energía interna de un
sistem a es igual al calor añadido al
sistem a m ás el trabajo realizado por
el sistem a. E s decir,
 E int  Q  W
E xiste una cantidad conocida com o
energía interna, cuyo valor está
determ inado únicam ente por el
estado del sistem a.
E xiste una cantidad conocida com o energía interna, cuyo valor
está determ inado únicam ente por el estad o del sistem a.
La energía interna es, por tanto,
una variable de estado al igual que
la presión, el volum en, la tem peratura.
 E int  Q  W
Q 0
y W 0
P or lo tanto,
E int =constante.
U n p ro ceso cíclico es u n o q u e se o rig in a
y term in a en el m ism o estad o .
E n u n p ro ceso cíclico  E in t  0, y p o r tan to
Q  W .
L a en erg ía tran sferid a al sistem a p o r ca lo r
es ig u al a m en o s el trab ajo h ech o en el
si stem a d u ran te el p ro ceso .
a.El calor y la energía interna
b.El calor específico y la calorimetría
c.El calor latente
d.Trabajo y calor en los procesos
termodinámicos
e.La primera ley de la termodinámica
f. Algunas aplicaciones de la primera ley
g.Los mecanismos de la transferencia de
energía en los procesos térmicos
E n u n p ro ceso ad iab ático n o h ay in tercam b io
d e calo r en tre el sistem a y el m ed io am b ien te.
C o m o Q  0, ten em o s
 E int  W
L a en erg ía in tern a cam b ia ú n icam en te p o r
el trab ajo realizad o en el sistem a.
•Un proceso es adiabático
cuando el sistema ni gana ni
pierde calor.
•Es un proceso en el cual el
sistema no intercambia calor.
E n u n a ex p an si ó n lib re y ad iab ática d e u n a g as,
Q  0 y W  0, as í q u e  E in t  0 .
E n u n a ex p a n sió n lib re
y a d iab ática d e u n a g as
la en erg ía in tern a d el
g as n o cam b i a .
U n proceso isobárico es aquel
en el que la presión se m antiene
constante.
U n proceso isobárico es aquel en el
que la presión se m antiene constante.
E n el caso de un gas ideal,
el trabajo hecho en tales
procesos es
W   P V f  Vi 
U n p ro ceso iso vo lu m étrico es
aq u el en el q u e el vo lu m en d el
sistem a n o cam b ia.
E l sistem a n o h ace n in g ú n
trab ajo , así q u e
 E int  Q
U n proceso isotérm ico es
aquel que ocurre a
tem peratura constante.
P V  nR T  P 
nR T
V
Vf
Vf
W    P dV   
Vi
Vi
Vf 
W   nR T ln 

 Vi 
nR T
V
Vf
dV   nR T

Vi
dV
V
  nR T  ln V
V
Vf
i
U n proceso isotérm ico es aquel que
ocurre a tem peratura constante.
E l trabajo hecho en un gas ideal
durante un proceso isotérm ico es
Vf 
W   nR T ln 

 Vi 
a.El calor y la energía interna
b.El calor específico y la calorimetría
c.El calor latente
d.Trabajo y calor en los procesos
termodinámicos
e.La primera ley de la termodinámica
f. Algunas aplicaciones de la primera ley
g.Los mecanismos de la transferencia de
energía en los procesos térmicos
L a en erg ía p u ed e ser tran sferid a
cu an d o el sistem a h ace trab ajo ,
p ero tam b ién p u ed e ser tran sferid a
p o r:
C o n d u cció n
C o n vecció n
R ad iació n
La conducción es el intercam bio de
energía por intercam bio de energía
cinética en las colisiones de los
constituyentes (m oléculas, átom os,
electrones, etc.) del sistem a y de
sus alrededores.
La conducción es el intercam bio de energ ía por intercam bio de energía cinética e n las colisiones
de los consitutyentes (m oléculas, átom os , electrones, etc.) del sistem a y de sus alrededores.
L a razó n d e flu jo d e la en erg ía p o r
co n d u cció n a través d e u n reb an ad a
d e área A es
P  kA
dT
dx
d o n d e k es la co n d u ctivid ad térm ica
d el m aterial d el cu al está h ech a la
reb an ad a y
dT
dx
tem p era tu ra.
es el g rad ien te d e
E n la transferencia de energía por
convección la sustancia caliente se
m ueve de un lugar a otro.
T odos los cuerpos em iten radiación
en la form a de ondas electrom agnéticas,
con una potencia dada por
P   A eT
4
T o d o s lo s cu erp o s em iten rad iació n en la fo rm a
d e o n d as electro m ag n éticas, co n u n a p o te n cia
d ad a p o r P   A eT .
4
U n cu erp o q u e está m ás calien te q u e su s
alred ed o res rad ia m ás en erg ía q u e la q u e
ab so rb e, m ien tras q u e u n cu erp o q u e está
m ás frío q u e su s alred ed o res ab so rb e m ás
en erg ía q u e la q u e rad ia.
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La primera ley