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Termodinámica

—La Termodinámica es la rama de la física que describe los estados del equilibrio a través de la energía interna y volumen, también de magnitudes de temperatura y presión que son derivados del volumen y la energía interna.

—La termodinámica trata acerca de la transformación de energía térmica en energía mecánica y el proceso inverso, la conversión del trabajo en calor, pues casi toda la energía disponibles de la materia prima se libera en forma de calor resulta fácil advertir por que la termodinámica tiene un papel demasiado importante en la ciencia y la tecnología.

 

—Lo anterior lo podemos ver si desglosamos la palabra:

-Termo = Calor
-Dinámica = Movimiento

Por lo tanto:

Termodinámica = Movimiento del Calor

Con estas herramientas, la termodinámica describe cómo los sistemas responden a los cambios en su entorno. Esto se puede aplicar a una amplia variedad de ramas de la ciencia y de la ingeniería, tales como motores, cambios de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte, e incluso agujeros negros.

Energía interna

—La energía interna de un sistema es una caracterización macroscópica de la energía microscópica de todas las partículas que lo componen. Un sistema está formado por gran cantidad de partículas en movimiento. Cada una de ellas posee:

•   ——energía cinética, por el hecho de encontrarse a una determinada velocidad.
•   energía potencial gravitatoria, por el hecho de encontrarse en determinadas posiciones unas respecto de otras.
• —energía potencial elástica, por el hecho vibrar en el interior del sistema.

Sistema termodinámico

— Se define como la parte del universo objeto de estudio. Un sistema termodinámico puede ser una célula, una persona, el vapor de una máquina de vapor, la mezcla de gasolina y aire en un motor térmico, la atmósfera terrestre, etc.

—Los sistemas termodinámicos puedes ser “aislados, cerrados o abiertos”:

—Sistema aislado: es aquél que no intercambia ni materia ni energía con los alrededores.

—Sistema cerrado: es aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores (su masa permanece constante).

Sistema abierto: es aquél que intercambia energía y materia con los alrededores.

Componentes de un sistema termodinámico

•   —Sistema: El sistema es la parte del universo que vamos a estudiar. Por ejemplo, un gas, nuestro cuerpo o la atmósfera son ejemplos de sistemas que podemos estudiar desde el punto de vista termodinámica.
• 
  
•       Entorno o ambiente: todo aquello que no es sistema y que se sitúa alrededor de él, se denomina ambiente o entorno. Los sistemas interaccionan con el entorno transfiriendo masa, energía o las dos cosas.
•       Fronteras: es todo aquello de delimita al sistema.

Primera ley de la termodinámica

    Esta ley parte de la primicia que dice que; “La energía no se crea, ni se destruye solo se transforma.”

—  Esta primera ley establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Desde varios puntos de vista esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. 

Fórmulas

   

 Fórmula IUPAC

Fórmula tradicional

—Donde:

—∆U : Incremento de energía interna del sistema ( ∆U = Ufinal - Uinicial ). Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio ( J )

—Q : Calor intercambiado por el sistema con el entorno. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio ( J ), aunque también se suele usar la caloría ( cal ). 1 cal = 4.184 J

—W : Trabajo intercambiado por el sistema con el entorno. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio ( J )

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Tensión superficial

El líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensión superficial, junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Como efecto tiene la elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido.

Viscosidad

La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales, es debida a las fuerzas de cohesión moleculares. Todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal.

La viscosidad solo se manifiesta en líquidos en movimiento, se ha definido la viscosidad como la relación existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinámica. Se conoce también otra viscosidad, denominada viscosidad cinemática. Para calcular la viscosidad cinemática basta con dividir la viscosidad dinámica por la densidad del fluido.

Propiedades de los fluidos

Cuando se observa algo que tiene la habilidad de moverse en un ambiente sin conservar su forma original, hablamos de un fluido. Más precisamente, es un estado de la materia con un volumen indefinido, debido a la mínima cohesión que existe entre sus moléculas.

•       Viscosidad  
•       Fluidez
•       Densidad
•       Compresibilidad
•       Volumen específico
•       Peso específico
•       Tensión superficial

Propiedades como la viscosidad, tensión superficial y presión de vapor solo se pueden definir en los líquidos y gases. Sin embargo la masa específica, el peso específico y la densidad son atributos de cualquier materia.

Presión hidrostática

La presión hidrostática es aquella que origina todo líquido sobre el fondo y las paredes del recipiente que lo contiene, y es directamente proporcional al peso específico del líquido.

Si la fuerza total (F) está distribuida en forma uniforme sobre el total de un área horizontal (A), la presión (P) en cualquier punto de esa área será:

    P= F/A

•          P: presión ejercida sobre la superficie, N/m2 (pascales)
•          F: fuerza perpendicular a la superficie, N
•          A: área de la superficie donde se aplica la fuerza, m2

“La presión es la magnitud que indica cómo se distribuye la fuerza sobre la superficie en la cual está aplicada.”

"Entre más profundo sea, más presión hidrostática habrá"

Fórmula

Dado un fluido en equilibrio, donde todos sus puntos tienen idénticos valores de temperatura y otras propiedades, el valor de la presión que ejerce el peso del fluido sobre una superficie dada es:

Donde:

•       Ph: es la presión hidrostática.
•       p: densidad del líquido.
•       h: profundidad.
•       g: aceleración de la gravedad.

Es decir, la presión hidrostática es independiente del líquido, y sólo es función de la altura que se considere.

Hidrostática

La hidrostática estudia el comportamiento de los  líquidos en equilibrio, es decir, cuando no hay fuerzas que alteren el estado de reposo o de movimiento líquido.  También se emplea como aproximación, en algunas situaciones de falta de equilibrio en las que los efectos dinámicos son de poca monta.

Mecánica de los fluidos

La mecánica de fluidos es la rama de la física que estudia el movimiento de los fluidos (gases y líquidos) así como las fuerzas que los provocan, aplicando los principios fundamentales de la mecánica general. 

 También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita.

Se divide en :

•       “Estática o hidrostática de los fluidos”: fluidos en reposo.
•       “Dinámica de los fluidos”: fluidos en movimiento.

Física II

Grupo: 5AmEO

Equipo 5: Ayala Meza Ruth

Campoa Lázaro Missael

Landavazo Villalobos Daniela

López Salazar Leslye

Madrid Ruiz José

Profesor: Salvador Acosta Bordas