//GLOSARIO//
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09300872 MARIA JANN Dom Jun 06, 2010 9:20 pm
FUSIÓN Y SOLIDIFICACIÓN
[justify]Las distintas condiciones de presión y temperatura a los que puede estar un material provocan que éste pueda encontrarse en distintos estados, entre los que en este momento interesa destacar el sólido y el líquido.
El estado sólido se caracteriza porque los átomos se encuentran en posiciones fijas, vibrando en función de su temperatura. Ésto implica una forma y un volumen propios, y una capacidad para soportar fuerzas sin deformación aparente.
Aunque aún existe cierta ligazón entre los átomos del cuerpo, es mucho menos intensa que en los sólidos, lo que le confiere a los líquidos la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que los contiene.
El cambio de estado sólido a líquido se denomina fusión, y el cambio inverso, solidificación. En los metales, al igual que en otros materiales, se produce una disminución de volumen en el paso de líquido a sólido, que puede producir faltas de material llamadas rechupes. Otro defecto que puede aparecer es la formación de burbujas, que se llaman sopladuras.
Calor
El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico.
El calor puede ser transferido por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado.
El calor que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformación que se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor es la transferencia de parte de dicha energía interna (energía calorifica) de un sistema a otro, con la condición de que estén a diferente temperatura.
Motor térmico
Un motor térmico es una máquina térmica motora, i.e. una máquina térmica de motor, o un motor de tipo térmico. En definitiva, es algo de motor y de temperatura, en la cual la energía del fluido que atraviesa la máquina disminuye, obteniéndose energía mecánica. Transforma energía térmica en trabajo mecánico por medio del aprovechamiento del gradiente de temperatura entre una fuente de calor (foco caliente) y un sumidero de calor (foco frío). El calor se transfiere de la fuente al sumidero y, durante este proceso, algo del calor se convierte en trabajo por medio del aprovechamiento de las propiedades de un fluido de trabajo, usualmente un gas o un líquido.
Sistema cerrado
Un sistema cerrado o sistema aislado es un sistema físico (o químico) que no interacciona con otros agentes físicos situados fuera de él y por tanto no está conectado "causalmente" ni correlacionalmente con nada externo a él.
Una propiedad importante de los sistemas cerrados es que las ecuaciones de evolución temporal, llamadas "ecuaciones del movimiento" de dicho sistema solo dependen de variables y factores contenidas en el sistema. Para un sistema de ese tipo por ejemplo la elección del origen de tiempos es arbitraria y por tanto las ecuaciones de evolución temporal son invariantes respecto a las traslaciones temporales. Eso último implica que la energía total de dicho sistema se conserva (ver conservación de la energía), de hecho, un sistema cerrado al estar aislado no puede intercambiar energía con nada externo a él.
El universo entero considerado como un todo es probablemente el único sistema realmente cerrado, sin embargo, en la práctica muchos sistemas no completamente aislados pueden estudiarse como sistemas cerrados con un grado de aproximación muy bueno o casi perfecto.
SISTEMA ABIERTO
Un sistema abierto es un sistema físico (o químico) que interacciona con otros agentes físicos, por lo tanto está conectado correlacionalmente con factores externos a él.
Una propiedad importante de los sistemas abiertos es que las ecuaciones de evolución temporal, llamadas "ecuaciones del movimiento" de dicho sistema no dependen de variables y factores contenidas en el sistema. Para un sistema de ese tipo por ejemplo la elección del origen de tiempos es exacta.
El sistema de información abierto es mucho más importante que el cerrado porque de él pueden depender otras plataformas del sistema, las cuales pueden necesitar códigos o información que están introducidas en el mismo. En pocas palabras el sistema abierto es crucial en el funcionamiento óptimo del sistema por completo.
Ciclo de Carnot
El ciclo de Carnot es cuando una maquina trabaja absorbiendo una cantidad de calor Q1 de la fuente de alta temperatura y cede un calor Q2 a la de baja temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior. El rendimiento viene definido, como en todo ciclo, por
y, como se verá adelante, es mayor que cualquier máquina que funcione cíclicamente entre las mismas fuentes de temperatura.Una máquina térmica que realiza este ciclo se denomina máquina de Carnot.
Como todos los procesos que tienen lugar en el ciclo ideal son reversibles, el ciclo puede invertirse. Entonces la máquina absorbe calor de la fuente fría y cede calor a la fuente caliente, teniendo que suministrar trabajo a la máquina. Si el objetivo de esta máquina es extraer calor de la fuente fría se denomina máquina frigorífica, y si es aportar calor a la fuente caliente bomba de calor.
Termodinámica
Sistema termodinámico típico mostrando la entrada desde una fuente de calor (caldera) a la izquierda y la salida a un disipador de calor (condensador) a la derecha. El trabajo se extrae en este caso por una serie de pistones.
La termodinámica (del griego θερμo-, termo, que significa "calor"1 y δύναμις, dinámico, que significa "fuerza")2 es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de magnitudes de los sistemas a un nivel macroscópico. Consituye una teoría fenomenológica, a partir de razonamientos deductivos, que estudia sistemas reales, sin modelizar y sigue un método experimental.3 Los cambios estudiados son los de temperatura, presión y volumen, aunque también estudia cambios en otras magnitudes, tales como la imanación, el potencial químico, la fuerza electromotriz y el estudio de los medios continuos en general. También podemos decir que la termodinámica nace para explicar los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre sistemas térmicos diferentes. Para tener un mayor manejo especificaremos que calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.
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Segunda ley de la termodinámica
La segunda ley de la termodinámica o segundo principio de la termodinámica expresa, en una forma concisa, que:
La cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo.
Más sencillamente, cuando una parte de un sistema cerrado interacciona con otra parte, la energía tiende a dividirse por igual, hasta que el sistema alcanza un equilibrio térmico.
El segundo principio se usa a menudo como la razón por la cual no se puede crear una máquina de movimiento perpetuo. En efecto, el segundo principio lleva implícito el establecer la posibilidad de que un determinado fenómeno o proceso, por lo demás consistente con alguna otra ley de la física, pueda en realidad ocurrir. Por ejemplo, podría razonarse que, en virtud del primer principio de la termodinámica, nada impide que, espontáneamente, sea posible extraer calor de un cuerpo frío, por ejemplo a 200K, para transmitírselo a otro caliente, por ejemplo a 1000K: basta con que se cumpla el balance energético correspondiente, a consecuencia del cual el cuerpo frío se enfriaría aún más, y el caliente se calentaría más aún. Sin embargo, el segundo principio establece que tal fenómeno es imposible. Esto no sólo se extiende a fenómenos o procesos físicos o ingenieriles que impliquen algún proceso térmico, sino que el segundo principio se encuentra íntimamente enraizado en todas las ramas de la física: de todas las leyes de la naturaleza, el segundo principio es probablemente uno de los más comprobado, y desde luego el más firmemente reconocido, de manera que se considera como algo indispensable que toda nueva teoría física o todo nuevo fenómeno teorizado, por muchas otras teorías previas a las que contradiga, lo cumpla estrictamente.
Tercera ley de la termodinámica
El tercer principio de la termodinámica o tercera ley de la termodinámica afirma que no se puede alcanzar el cero absoluto en un número finito de etapas. Sucintamente, puede definirse como:
• Al llegar al cero absoluto, 0 K, cualquier proceso de un sistema físico se detiene.
• Al llegar al cero absoluto la entropía alcanza un valor mínimo y constante.
Descripción
En términos simples, la tercera ley indica que la entropía de una sustancia pura en el cero absoluto es cero. Por consiguiente, la tercera ley provee de un punto de referencia absoluto para la determinación de la entropía. La entropía relativa a este punto es la entropía absoluta.
Un caso especial se produce en los sistemas con un único estado fundamental, como una estructura cristalina. La entropía de un cristal perfecto definida por el teorema de Nernst es cero (dado que el log(1) = 0). Sin embargo, esto desestima el hecho de que los cristales reales deben crecer en una temperatura finita y poseer una concentración de equilibrio por defecto. Cuando se enfrían generalmente son incapaces de alcanzar la perfección completa. Esto, por supuesto, se mantiene en la línea de que la entropía tiende siempre a aumentar dado que ningún proceso real es reversible.
Otra aplicación de la tercera ley es con respecto al momento magnético de un material. Los metales paramagnéticos (con un momento aleatorio) se ordenarán a medida de que la temperatura se acerque a 0 K. Se podrían ordenar de manera ferromagnética (todos los momentos paralelos los unos a los otros) o de manera antiferromagnética.
Ley Cero Termodinamica
La termodinámica, por definirla de una manera muy simple, fija su atención en el interior de los sistemas físicos, en los intercambios de energía en forma de calor que se llevan a cabo entre un sistema y otro. A las magnitudes macroscópicas que se relacionan con el estado interno de un sistema se les llama coordenadas termodinámicas; éstas nos van a ayudar a determinar la energía interna del sistema. En resumen, el fin último de la termodinámica es encontrar entre las coordenadas termodinámicas relaciones generales coherentes con los principios básicos de la física (recuérdese el principio de la conservación de la energía que tratamos en el número 3 de “Horizonte Social).
La termodinámica basa sus análisis en algunas leyes: La Ley “cero”, referente al concepto de temperatura, la Primera Ley de la termodinámica, que nos habla del principio de conservación de la energía, la Segunda Ley de
la termodinámica, que nos define a la entropía. A continuación vamos a hablar de cada una de estas leyes, haciendo hincapié en la segunda ley y el concepto de entropía. Termodinámica, campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de la materia de los sistemas macroscópicos, así como sus intercambios energéticos. Los principios de la termodinámica tienen una importancia fundamental para todas las ramas de la ciencia y la ingeniería.
LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA. (Explicación)
Cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero se encuentran en equilibrio térmico entre sí.
A fin de explicar el concepto de equilibrio térmico considere dos bloques de cobre de la misma geometría y peso, aislados de los alrededores, pero en contacto entre sí. Uno de los bloques esta mas caliente que el otro por lo tanto su temperatura es mayor, su resistencia eléctrica y su volumen también lo son. Al entrar en contacto los dos bloques aislados de sus alrededores se produce un intercambio(interacción), energética, que puede observarse a través del decremento de temperatura, volumen y resistencia eléctrica en el bloque mas caliente; al mismo tiempo se lleva acabo un aumento de las mismas propiedades en el bloque frío. Cuando todos los cambios observables cesan, esta interacción la térmica o de calor a terminado y se dice que ambos bloques han alcanzado el equilibrio térmico.
Observe que la propiedad denominada temperatura es una medida del nivel energético de los cuerpos y determina cuando se encuentra en equilibrio térmico con otro cuerpo o con un sistema.
mol
Para otros usos de este término, véase Mol (desambiguación).
El mol (símbolo: mol) es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia, una de las siete magnitudes físicas fundamentales del Sistema Internacional de Unidades.
Dada cualquier sustancia (elemento químico, compuesto o material) y considerando a la vez un cierto tipo de entidades elementales que la componen, se define como un mol a la cantidad de esa sustancia que contiene tantas entidades elementales del tipo considerado, como átomos hay en 12 gramos de carbono-12. Esta definición no aclara a qué se refiere con cantidad de sustancia y su interpretación es motivo de debates,1 aunque normalmente se da por hecho que se refiere al número de entidades.
El número de unidades elementales –átomos, moléculas, iones, electrones, radicales u otras partículas o grupos específicos de éstas– existentes en un mol de sustancia es, por definición, una constante que no depende del material ni del tipo de partícula considerado. Esta cantidad es llamada número de Avogadro (NA)2 y equivale a:
Electromagnetismo
El electromagnetismo es una rama de la Física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.
El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el Electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la Mecánica Cuántica.
El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo actualmente conocido.
Oscilación
Se denomina oscilación a una variación, perturbación o fluctuación en el tiempo de un medio o sistema. Si el fenómeno se repite, se habla de oscilación periódica. Oscilación, en física,química e ingeniería, movimiento repetido de un lado a otro en torno a una posición central, o posición de equilibrio. El recorrido que consiste en ir desde una posición extrema a la otra y volver a la primera, pasando dos veces por la posición central, se denomina ciclo. El número de ciclos por segundo, o hercios (Hz), se conoce como frecuencia de la oscilación.
Una oscilación en un medio material es lo que crea el sonido. Una oscilación en una corriente eléctrica crea una onda electromagnética.
Entropía (termodinámica)
La entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos. En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La palabra entropía procede del griego (ἐντροπία) y significa evolución o transformación. Fue Rudolf Clausius quien le dio nombre y la desarrolló durante la década de 1850.1 2
Evidencias
Cuando se plantea la pregunta: ¿por qué ocurren los sucesos de la manera que ocurren, y no al revés? se busca una respuesta que indique cuál es el sentido de los sucesos en la naturaleza. Por ejemplo, si se ponen en contacto dos trozos de metal con distinta temperatura, se anticipa que finalmente el trozo caliente se enfriará, y el trozo frío se calentará, finalizando en equilibrio térmico. Sin embargo, el proceso inverso, el trozo caliente calentándose y el trozo frío enfriándose, es muy improbable a pesar de conservar la energía. El universo tiende a distribuir la energía uniformemente; es decir, a maximizar la entropía.
La función termodinámica entropía es central para la segunda Ley de la Termodinámica. La entropía puede interpretarse como una medida de la distribución aleatoria de un sistema. Se dice que un sistema altamente distribuido al azar tiene alta entropía. Puesto que un sistema en una condición improbable tendrá una tendencia natural a reorganizarse a una condición más probable (similar a una distribución al azar), esta reorganización resultará en un aumento de la entropía. La entropía alcanzará un máximo cuando el sistema se acerque al equilibrio, alcanzándose la configuración de mayor probabilidad.
Estado de agregación de la materia
Diagrama de fase para el dióxido de carbono en función de presión y temperatura.
En física y química se observa que, para cualquier sustancia o elemento material, modificando sus condiciones de temperatura o presión, pueden obtenerse distintos estados o fases, denominados estados de agregación de la materia, en relación con las fuerzas de unión de las partículas (moléculas, átomos o iones) que la constituyen.
La materia se nos presenta en diversos estados de agregación, todos con propiedades y características diferentes, y aunque los más conocidos y observables cotidianamente son cuatro, las llamadas fases sólida, líquida, gaseosa y plasmática, también existen otros estados observables bajo condiciones extremas de presión y temperatura.
Entalpía
Entalpía (del prefijo en y del griego "enthalpos" (ενθαλπος) calentar) es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, o sea, la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno.
En la historia de la termodinámica se han utilizado distintos términos para denotar lo que hoy conocemos como entalpía de un sistema. Originalmente se pensó que la palabra "entalpía" fue creada por Émile Clapeyron y Rudolf Clausius a través de la publicación de la relación de Clausius-Clapeyron en The Mollier Steam Tables and Diagrams de 1827, pero el primero que definió y utilizó término "entalpía" fue el holandés Heike Kamerlingh Onnes, a principios del siglo XX.1
En palabras más concretas, es una función de estado de la termodinámica donde la variación permite expresar la cantidad de calor puesto en juego durante una transformación isobárica (es decir, a presión constante) en un sistema termodinámico (teniendo en cuenta que todo objeto conocido puede ser entendido como un sistema termodinámico), transformación en el curso de la cual se puede recibir o aportar energía (por ejemplo la utilizada para un trabajo mecánico). En este sentido la entalpía es numéricamente igual al calor intercambiado con el ambiente exterior al sistema en cuestión.
Usualmente la entalpía se mide, dentro del Sistema Internacional de Unidades, en julios.
El caso más típico de entalpía es la llamada entalpía termodinámica. De ésta, cabe distinguir la función de Gibbs, que se corresponde con la entalpía libre, mientras que la entalpía molar es aquella que representa un mol de la sustancia constituyente del sistema.
Energía interna
En física, la energía interna U de un sistema intenta ser un reflejo de la energía a escala microscópica. Más concretamente, es la suma de:
• la energía cinética interna, es decir, de las sumas de las energías cinéticas de las individualidades que lo forman respecto al centro de masas del sistema, y de
• la energía potencial interna, que es la energía potencial asociada a las interacciones entre estas individualidades.1
La energía interna no incluye la energía cinética traslacional o rotacional del sistema como un todo. Tampoco incluye la energía potencial que el cuerpo pueda tener por su localización en un campo gravitacional o electrostático externo.
Todo cuerpo posee una energía acumulada en su interior equivalente a la energía cinética interna más la energía potencial interna.
Si pensamos en constituyentes atómicos o moleculares, será el resultado de la suma de la energía cinética de las moléculas o átomos que constituyen el sistema (de sus energías de traslación, rotación y vibración), y de la energía potencial intermolecular (debida a las fuerzas intermoleculares).
• En un gas ideal monoatómico bastará con considerar la energía cinética de traslación de sus moléculas.
• En un gas ideal poliatómico, deberemos considerar además la energía vibracional y rotacional de las mismas.
• En un líquido o sólido deberemos añadir la energía potencial que representa las interacciones moleculares.
Desde el punto de vista de la termodinámica, en un sistema cerrado (o sea, de paredes impermeables), la variación total de energía interna es igual a la suma de las cantidades de energía comunicadas al sistema en forma de calor y de trabajo ΔU = Q − W. Aunque el calor transmitido depende del proceso en cuestión, la variación de energía interna es independiente del proceso, sólo depende del estado inicial y final, por lo que se dice que es una función de estado. Del mismo modo dU es una diferencial exacta, a diferencia de , que depende del proceso.
Cero absoluto
El cero absoluto es la temperatura teórica más baja posible. A esta temperatura el nivel de energía del sistema es el más bajo posible, por lo que las partículas, según la mecánica clásica, carecen de movimiento; no obstante, según la mecánica cuántica, el cero absoluto debe tener una energía residual, llamada energía de punto cero, para poder así cumplir el principio de indeterminación de Heisenberg.
El cero absoluto sirve de punto de partida tanto para la escala de Kelvin como para la escala de Rankine.
Así, 0 K (o lo que es lo mismo, 0 R) corresponden, aproximadamente, a la temperatura de −273,15 °C o −459,67 °F.
Según la tercera ley de la termodinámica, el cero absoluto es un límite inalcanzable. La mayor cámara frigorífica actual sólo alcanza los -271 °C. La razón de ello es que las moléculas de la cámara, al llegar a esa temperatura, no tienen energía suficiente para hacer que ésta descienda aún más.
La entropía de un cristal ideal puro y perfecto sería cero. Si los átomos que lo componen no forman un cristal perfecto, su entropía debe ser mayor que cero, por lo que la temperatura siempre será superior al cero absoluto y el cristal siempre tendrá imperfecciones inducidas por el movimiento de sus átomos, necesitando un movimiento que lo compense y, por lo tanto, teniendo siempre una imperfección residual.
Cabe mencionar que a 0 K absolutamente todas las sustancias se solidificarían y que según el actual modelo del calor, las moléculas perderían toda capacidad de moverse o vibrar.
Hasta ahora la temperatura más cercana al cero absoluto ha sido obtenida en laboratorio por científicos del MIT en 2003. Se obtuvo enfriando un gas en un campo magnético hasta medio nanokelvin (5•10−10 K) por encima del cero absoluto.
Proceso isotérmico
Proceso isotérmico.
Se denomina proceso isotérmico o proceso isotermo al cambio de temperatura reversible en un sistema termodinámico, siendo dicho cambio de temperatura constante en todo el sistema. La compresión o expansión de un gas ideal en contacto permanente con un termostato es un ejemplo de proceso isotermo, y puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto térmico con otro sistema de capacidad calorífica muy grande y a la misma temperatura que el gas; este otro sistema se conoce como foco caliente. De esta manera, el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expanda realizando trabajo. Como la energía interna de un gas ideal sólo depende de la temperatura y ésta permanece constante en la expansión isoterma, el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W.
Una curva isoterma es una línea que sobre un diagrama representa los valores sucesivos de las diversas variables de un sistema en un proceso isotermo. Las isotermas de un gas ideal en un diagrama P-V, llamado diagrama de Clapeyron, son hipérbolas equiláteras, cuya ecuación es P•V = constante.
volumetricas
Un dispositivo volumétrico de despliegue es un dispositivo gráfico de despliegue que forma una representación visual de un objeto en tres dimensiones físicas, a distinción de la imagen del grafo planar de pantallas tradicionales que simulan profundidad a través de un número de efectos visuales diferentes. Una definición ofrecida por pioneros en el campo es que los despliegues volumétricos crean movimiento 3-D por la emisión, dispersándose, o transmitiendo la iluminación de regiones bien definidas en el espacio (x, y, z).
Los despliegues volumétricos producen movimiento tridimensional que llena volumen: Cada elemento de volumen o voxel en una escena del 3D emite luz visible de la región en la cual aparece. Dado su habilidad para proyectar movimiento autoestereoscópico (LINK – ana herraiz); que llena volumen, estos despliegues están siendo adoptados en campos tan diversos como la medicina, el diseño asistido por computadora mecánica, y la visualización militar. Es decir, el objetivo es crear movimientos 3-D visible para el ojo sin ayuda.
expansión
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¿Qué se entiende por un universo en expansión?. La expansión no es más que el incremento con el tiempo de la distancia entre cualquier par de galaxias lejanas. Se suele utilizar para representar este hecho la analogía de un globo donde hemos pintado una serie de puntos a modo de galaxias. La goma podría representar al espacio y a medida que inflamos el globo los puntos se alejan unos de otros.
La definición de expansión del universo es operacionalmente muy concreta y precisa: "el universo se expande en el sentido de que dos galaxias distantes se alejan con una velocidad de la forma v = dD/dt = H D, donde D es la distancia entre las galaxias y H la constante de Hubble en cualquier instante de la vida del universo". Aquí hay varias cuestiones fundamentales que aclarar:
Calor específico
El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor específico depende de dicha temperatura inicial.1 2 Se la representa con la letra (minúscula).
En forma análoga, se define la capacidad calorífica como la cantidad de calor que hay que suministrar a toda la extensión de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la letra (mayúscula).
Por lo tanto, el calor específico es la capacidad calorífica específica, esto es .3
Temperatura absoluta
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La Teoría cinética de los gases establece que la energía total media de la translación de una molécula es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas.
La Temperatura absoluta es el valor de la temperatura medida con respecto a una escala que comienza en el cero absoluto (0 K ó −273,15 °C). Se trata de uno de los principales parámetros empleados en termodinámica y mecánica estadística. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en kelvin, cuyo símbolo es K.1
Definiciones [editar]
Mediante Gases Ideales [editar]
La ley de Charles y Gay-Lussac establece que un gas ideal con masa y presión constantes muestra la siguiente relación invariante respecto a su volumen y temperatura:
La invariancia de la razón V/T indica que el volumen del gas es proporcional a su temperatura y sirve como fundamento para una definición de temperatura absoluta basada en gases los ideales.
Mediante la Cinética Molecular
La teoría cinética de los gases (mecánica estadística) establece que la energía cinética media de la traslación de una molécula es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas. La relación se establece mediante la denominada constante de Boltzmann representada como k. De esta forma se deduce que la energía cinética media Km de las moléculas de un gas, es:
Gas monoatómico [editar]
Un gas monoatómico, como por ejemplo son los gases nobles tiene moléculas formadas por un sólo átomo. Eso a que la energía de rotación, al ser la molécula casi puntual, pueda despreciarse. Así en los gases monoatómicos la energía total está prácticamente toda en forma de energía cinética de traslación. Como el espacio es tridimensional y existen tres grados de libertad de tralación eso conduce de acuerdo con el teorema de equipartición a que la energía interna total U de un gas ideal monoatómico y su capacidad calorífica CV vengan dadas por:
Donde T es la temperatura absoluta, N es el número de moléculas de gas dentro del sistema que estudiamos, n el número de moles, k la constante de Boltzmann y R la constante universal de los gases ideales. Así el calor específico molar de un gas ideal monoatómico es simplemente cv = 3R/2 o cp = 5R/2. Los gases monoatómicos reales también cumplen las anteriores igualdades aunque de modo aproximado.
Gases poliatómicos
El teorema de equipartición para gases poliatómicos sugiere que los gases poliatómicos que tienen enlaces "blandos" o flexibles y que vibran con facilidad con q frecuencias, deberían tener una capacidad calorífica molar dada por:
(*)
Donde r mide los grados de libertad rotacionales (r = 1 para moléculas lineales, r = 2 para moléculas planas y r = 3 para moléculas tridimensionales). Sin embargo estas predicciones no se cumplen a temperatura ambiente. La capacidad calorífica molar aumenta moderadamente a medida que aumenta la temperatura. Eso se debe a efectos cuánticos que hacen que los modos de vibración estén cuantizados y sólo estén accesibles a medida que aumenta la temperatura, y la expresión (*) sólo puede ser un límite a muy altas temperaturas. Sin embargo, antes de llegar a temperaturas donde esa expresión sea un límite razonable muchas moléculas se rompen por efecto de la temperatura, no llegando nunca al anterior límite. Un tratamiento rigurso de la capacidad calorífica requiere por tanto el uso de la mecánica cuántica, en particular de la mecánica estadística de tipo cuántico.
Proceso isobárico
Gráfica Volumen vs Presión: en el proceso isobárico la presión es constante. El trabajo (W) es la integral de la presión respecto al volumen.
Un proceso isobárico es un proceso termodinámico que ocurre a presión constante. En él, el calor transferido a presión constante está relacionado con el resto de variables mediante:
,
[justify]Las distintas condiciones de presión y temperatura a los que puede estar un material provocan que éste pueda encontrarse en distintos estados, entre los que en este momento interesa destacar el sólido y el líquido.
El estado sólido se caracteriza porque los átomos se encuentran en posiciones fijas, vibrando en función de su temperatura. Ésto implica una forma y un volumen propios, y una capacidad para soportar fuerzas sin deformación aparente.
Aunque aún existe cierta ligazón entre los átomos del cuerpo, es mucho menos intensa que en los sólidos, lo que le confiere a los líquidos la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que los contiene.
El cambio de estado sólido a líquido se denomina fusión, y el cambio inverso, solidificación. En los metales, al igual que en otros materiales, se produce una disminución de volumen en el paso de líquido a sólido, que puede producir faltas de material llamadas rechupes. Otro defecto que puede aparecer es la formación de burbujas, que se llaman sopladuras.
Calor
El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico.
El calor puede ser transferido por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado.
El calor que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformación que se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor es la transferencia de parte de dicha energía interna (energía calorifica) de un sistema a otro, con la condición de que estén a diferente temperatura.
Motor térmico
Un motor térmico es una máquina térmica motora, i.e. una máquina térmica de motor, o un motor de tipo térmico. En definitiva, es algo de motor y de temperatura, en la cual la energía del fluido que atraviesa la máquina disminuye, obteniéndose energía mecánica. Transforma energía térmica en trabajo mecánico por medio del aprovechamiento del gradiente de temperatura entre una fuente de calor (foco caliente) y un sumidero de calor (foco frío). El calor se transfiere de la fuente al sumidero y, durante este proceso, algo del calor se convierte en trabajo por medio del aprovechamiento de las propiedades de un fluido de trabajo, usualmente un gas o un líquido.
Sistema cerrado
Un sistema cerrado o sistema aislado es un sistema físico (o químico) que no interacciona con otros agentes físicos situados fuera de él y por tanto no está conectado "causalmente" ni correlacionalmente con nada externo a él.
Una propiedad importante de los sistemas cerrados es que las ecuaciones de evolución temporal, llamadas "ecuaciones del movimiento" de dicho sistema solo dependen de variables y factores contenidas en el sistema. Para un sistema de ese tipo por ejemplo la elección del origen de tiempos es arbitraria y por tanto las ecuaciones de evolución temporal son invariantes respecto a las traslaciones temporales. Eso último implica que la energía total de dicho sistema se conserva (ver conservación de la energía), de hecho, un sistema cerrado al estar aislado no puede intercambiar energía con nada externo a él.
El universo entero considerado como un todo es probablemente el único sistema realmente cerrado, sin embargo, en la práctica muchos sistemas no completamente aislados pueden estudiarse como sistemas cerrados con un grado de aproximación muy bueno o casi perfecto.
SISTEMA ABIERTO
Un sistema abierto es un sistema físico (o químico) que interacciona con otros agentes físicos, por lo tanto está conectado correlacionalmente con factores externos a él.
Una propiedad importante de los sistemas abiertos es que las ecuaciones de evolución temporal, llamadas "ecuaciones del movimiento" de dicho sistema no dependen de variables y factores contenidas en el sistema. Para un sistema de ese tipo por ejemplo la elección del origen de tiempos es exacta.
El sistema de información abierto es mucho más importante que el cerrado porque de él pueden depender otras plataformas del sistema, las cuales pueden necesitar códigos o información que están introducidas en el mismo. En pocas palabras el sistema abierto es crucial en el funcionamiento óptimo del sistema por completo.
Ciclo de Carnot
El ciclo de Carnot es cuando una maquina trabaja absorbiendo una cantidad de calor Q1 de la fuente de alta temperatura y cede un calor Q2 a la de baja temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior. El rendimiento viene definido, como en todo ciclo, por
y, como se verá adelante, es mayor que cualquier máquina que funcione cíclicamente entre las mismas fuentes de temperatura.Una máquina térmica que realiza este ciclo se denomina máquina de Carnot.
Como todos los procesos que tienen lugar en el ciclo ideal son reversibles, el ciclo puede invertirse. Entonces la máquina absorbe calor de la fuente fría y cede calor a la fuente caliente, teniendo que suministrar trabajo a la máquina. Si el objetivo de esta máquina es extraer calor de la fuente fría se denomina máquina frigorífica, y si es aportar calor a la fuente caliente bomba de calor.
Termodinámica
Sistema termodinámico típico mostrando la entrada desde una fuente de calor (caldera) a la izquierda y la salida a un disipador de calor (condensador) a la derecha. El trabajo se extrae en este caso por una serie de pistones.
La termodinámica (del griego θερμo-, termo, que significa "calor"1 y δύναμις, dinámico, que significa "fuerza")2 es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de magnitudes de los sistemas a un nivel macroscópico. Consituye una teoría fenomenológica, a partir de razonamientos deductivos, que estudia sistemas reales, sin modelizar y sigue un método experimental.3 Los cambios estudiados son los de temperatura, presión y volumen, aunque también estudia cambios en otras magnitudes, tales como la imanación, el potencial químico, la fuerza electromotriz y el estudio de los medios continuos en general. También podemos decir que la termodinámica nace para explicar los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre sistemas térmicos diferentes. Para tener un mayor manejo especificaremos que calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.
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Segunda ley de la termodinámica
La segunda ley de la termodinámica o segundo principio de la termodinámica expresa, en una forma concisa, que:
La cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo.
Más sencillamente, cuando una parte de un sistema cerrado interacciona con otra parte, la energía tiende a dividirse por igual, hasta que el sistema alcanza un equilibrio térmico.
El segundo principio se usa a menudo como la razón por la cual no se puede crear una máquina de movimiento perpetuo. En efecto, el segundo principio lleva implícito el establecer la posibilidad de que un determinado fenómeno o proceso, por lo demás consistente con alguna otra ley de la física, pueda en realidad ocurrir. Por ejemplo, podría razonarse que, en virtud del primer principio de la termodinámica, nada impide que, espontáneamente, sea posible extraer calor de un cuerpo frío, por ejemplo a 200K, para transmitírselo a otro caliente, por ejemplo a 1000K: basta con que se cumpla el balance energético correspondiente, a consecuencia del cual el cuerpo frío se enfriaría aún más, y el caliente se calentaría más aún. Sin embargo, el segundo principio establece que tal fenómeno es imposible. Esto no sólo se extiende a fenómenos o procesos físicos o ingenieriles que impliquen algún proceso térmico, sino que el segundo principio se encuentra íntimamente enraizado en todas las ramas de la física: de todas las leyes de la naturaleza, el segundo principio es probablemente uno de los más comprobado, y desde luego el más firmemente reconocido, de manera que se considera como algo indispensable que toda nueva teoría física o todo nuevo fenómeno teorizado, por muchas otras teorías previas a las que contradiga, lo cumpla estrictamente.
Tercera ley de la termodinámica
El tercer principio de la termodinámica o tercera ley de la termodinámica afirma que no se puede alcanzar el cero absoluto en un número finito de etapas. Sucintamente, puede definirse como:
• Al llegar al cero absoluto, 0 K, cualquier proceso de un sistema físico se detiene.
• Al llegar al cero absoluto la entropía alcanza un valor mínimo y constante.
Descripción
En términos simples, la tercera ley indica que la entropía de una sustancia pura en el cero absoluto es cero. Por consiguiente, la tercera ley provee de un punto de referencia absoluto para la determinación de la entropía. La entropía relativa a este punto es la entropía absoluta.
Un caso especial se produce en los sistemas con un único estado fundamental, como una estructura cristalina. La entropía de un cristal perfecto definida por el teorema de Nernst es cero (dado que el log(1) = 0). Sin embargo, esto desestima el hecho de que los cristales reales deben crecer en una temperatura finita y poseer una concentración de equilibrio por defecto. Cuando se enfrían generalmente son incapaces de alcanzar la perfección completa. Esto, por supuesto, se mantiene en la línea de que la entropía tiende siempre a aumentar dado que ningún proceso real es reversible.
Otra aplicación de la tercera ley es con respecto al momento magnético de un material. Los metales paramagnéticos (con un momento aleatorio) se ordenarán a medida de que la temperatura se acerque a 0 K. Se podrían ordenar de manera ferromagnética (todos los momentos paralelos los unos a los otros) o de manera antiferromagnética.
Ley Cero Termodinamica
La termodinámica, por definirla de una manera muy simple, fija su atención en el interior de los sistemas físicos, en los intercambios de energía en forma de calor que se llevan a cabo entre un sistema y otro. A las magnitudes macroscópicas que se relacionan con el estado interno de un sistema se les llama coordenadas termodinámicas; éstas nos van a ayudar a determinar la energía interna del sistema. En resumen, el fin último de la termodinámica es encontrar entre las coordenadas termodinámicas relaciones generales coherentes con los principios básicos de la física (recuérdese el principio de la conservación de la energía que tratamos en el número 3 de “Horizonte Social).
La termodinámica basa sus análisis en algunas leyes: La Ley “cero”, referente al concepto de temperatura, la Primera Ley de la termodinámica, que nos habla del principio de conservación de la energía, la Segunda Ley de
la termodinámica, que nos define a la entropía. A continuación vamos a hablar de cada una de estas leyes, haciendo hincapié en la segunda ley y el concepto de entropía. Termodinámica, campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de la materia de los sistemas macroscópicos, así como sus intercambios energéticos. Los principios de la termodinámica tienen una importancia fundamental para todas las ramas de la ciencia y la ingeniería.
LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA. (Explicación)
Cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero se encuentran en equilibrio térmico entre sí.
A fin de explicar el concepto de equilibrio térmico considere dos bloques de cobre de la misma geometría y peso, aislados de los alrededores, pero en contacto entre sí. Uno de los bloques esta mas caliente que el otro por lo tanto su temperatura es mayor, su resistencia eléctrica y su volumen también lo son. Al entrar en contacto los dos bloques aislados de sus alrededores se produce un intercambio(interacción), energética, que puede observarse a través del decremento de temperatura, volumen y resistencia eléctrica en el bloque mas caliente; al mismo tiempo se lleva acabo un aumento de las mismas propiedades en el bloque frío. Cuando todos los cambios observables cesan, esta interacción la térmica o de calor a terminado y se dice que ambos bloques han alcanzado el equilibrio térmico.
Observe que la propiedad denominada temperatura es una medida del nivel energético de los cuerpos y determina cuando se encuentra en equilibrio térmico con otro cuerpo o con un sistema.
mol
Para otros usos de este término, véase Mol (desambiguación).
El mol (símbolo: mol) es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia, una de las siete magnitudes físicas fundamentales del Sistema Internacional de Unidades.
Dada cualquier sustancia (elemento químico, compuesto o material) y considerando a la vez un cierto tipo de entidades elementales que la componen, se define como un mol a la cantidad de esa sustancia que contiene tantas entidades elementales del tipo considerado, como átomos hay en 12 gramos de carbono-12. Esta definición no aclara a qué se refiere con cantidad de sustancia y su interpretación es motivo de debates,1 aunque normalmente se da por hecho que se refiere al número de entidades.
El número de unidades elementales –átomos, moléculas, iones, electrones, radicales u otras partículas o grupos específicos de éstas– existentes en un mol de sustancia es, por definición, una constante que no depende del material ni del tipo de partícula considerado. Esta cantidad es llamada número de Avogadro (NA)2 y equivale a:
Electromagnetismo
El electromagnetismo es una rama de la Física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.
El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el Electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la Mecánica Cuántica.
El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo actualmente conocido.
Oscilación
Se denomina oscilación a una variación, perturbación o fluctuación en el tiempo de un medio o sistema. Si el fenómeno se repite, se habla de oscilación periódica. Oscilación, en física,química e ingeniería, movimiento repetido de un lado a otro en torno a una posición central, o posición de equilibrio. El recorrido que consiste en ir desde una posición extrema a la otra y volver a la primera, pasando dos veces por la posición central, se denomina ciclo. El número de ciclos por segundo, o hercios (Hz), se conoce como frecuencia de la oscilación.
Una oscilación en un medio material es lo que crea el sonido. Una oscilación en una corriente eléctrica crea una onda electromagnética.
Entropía (termodinámica)
La entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos. En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La palabra entropía procede del griego (ἐντροπία) y significa evolución o transformación. Fue Rudolf Clausius quien le dio nombre y la desarrolló durante la década de 1850.1 2
Evidencias
Cuando se plantea la pregunta: ¿por qué ocurren los sucesos de la manera que ocurren, y no al revés? se busca una respuesta que indique cuál es el sentido de los sucesos en la naturaleza. Por ejemplo, si se ponen en contacto dos trozos de metal con distinta temperatura, se anticipa que finalmente el trozo caliente se enfriará, y el trozo frío se calentará, finalizando en equilibrio térmico. Sin embargo, el proceso inverso, el trozo caliente calentándose y el trozo frío enfriándose, es muy improbable a pesar de conservar la energía. El universo tiende a distribuir la energía uniformemente; es decir, a maximizar la entropía.
La función termodinámica entropía es central para la segunda Ley de la Termodinámica. La entropía puede interpretarse como una medida de la distribución aleatoria de un sistema. Se dice que un sistema altamente distribuido al azar tiene alta entropía. Puesto que un sistema en una condición improbable tendrá una tendencia natural a reorganizarse a una condición más probable (similar a una distribución al azar), esta reorganización resultará en un aumento de la entropía. La entropía alcanzará un máximo cuando el sistema se acerque al equilibrio, alcanzándose la configuración de mayor probabilidad.
Estado de agregación de la materia
Diagrama de fase para el dióxido de carbono en función de presión y temperatura.
En física y química se observa que, para cualquier sustancia o elemento material, modificando sus condiciones de temperatura o presión, pueden obtenerse distintos estados o fases, denominados estados de agregación de la materia, en relación con las fuerzas de unión de las partículas (moléculas, átomos o iones) que la constituyen.
La materia se nos presenta en diversos estados de agregación, todos con propiedades y características diferentes, y aunque los más conocidos y observables cotidianamente son cuatro, las llamadas fases sólida, líquida, gaseosa y plasmática, también existen otros estados observables bajo condiciones extremas de presión y temperatura.
Entalpía
Entalpía (del prefijo en y del griego "enthalpos" (ενθαλπος) calentar) es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, o sea, la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno.
En la historia de la termodinámica se han utilizado distintos términos para denotar lo que hoy conocemos como entalpía de un sistema. Originalmente se pensó que la palabra "entalpía" fue creada por Émile Clapeyron y Rudolf Clausius a través de la publicación de la relación de Clausius-Clapeyron en The Mollier Steam Tables and Diagrams de 1827, pero el primero que definió y utilizó término "entalpía" fue el holandés Heike Kamerlingh Onnes, a principios del siglo XX.1
En palabras más concretas, es una función de estado de la termodinámica donde la variación permite expresar la cantidad de calor puesto en juego durante una transformación isobárica (es decir, a presión constante) en un sistema termodinámico (teniendo en cuenta que todo objeto conocido puede ser entendido como un sistema termodinámico), transformación en el curso de la cual se puede recibir o aportar energía (por ejemplo la utilizada para un trabajo mecánico). En este sentido la entalpía es numéricamente igual al calor intercambiado con el ambiente exterior al sistema en cuestión.
Usualmente la entalpía se mide, dentro del Sistema Internacional de Unidades, en julios.
El caso más típico de entalpía es la llamada entalpía termodinámica. De ésta, cabe distinguir la función de Gibbs, que se corresponde con la entalpía libre, mientras que la entalpía molar es aquella que representa un mol de la sustancia constituyente del sistema.
Energía interna
En física, la energía interna U de un sistema intenta ser un reflejo de la energía a escala microscópica. Más concretamente, es la suma de:
• la energía cinética interna, es decir, de las sumas de las energías cinéticas de las individualidades que lo forman respecto al centro de masas del sistema, y de
• la energía potencial interna, que es la energía potencial asociada a las interacciones entre estas individualidades.1
La energía interna no incluye la energía cinética traslacional o rotacional del sistema como un todo. Tampoco incluye la energía potencial que el cuerpo pueda tener por su localización en un campo gravitacional o electrostático externo.
Todo cuerpo posee una energía acumulada en su interior equivalente a la energía cinética interna más la energía potencial interna.
Si pensamos en constituyentes atómicos o moleculares, será el resultado de la suma de la energía cinética de las moléculas o átomos que constituyen el sistema (de sus energías de traslación, rotación y vibración), y de la energía potencial intermolecular (debida a las fuerzas intermoleculares).
• En un gas ideal monoatómico bastará con considerar la energía cinética de traslación de sus moléculas.
• En un gas ideal poliatómico, deberemos considerar además la energía vibracional y rotacional de las mismas.
• En un líquido o sólido deberemos añadir la energía potencial que representa las interacciones moleculares.
Desde el punto de vista de la termodinámica, en un sistema cerrado (o sea, de paredes impermeables), la variación total de energía interna es igual a la suma de las cantidades de energía comunicadas al sistema en forma de calor y de trabajo ΔU = Q − W. Aunque el calor transmitido depende del proceso en cuestión, la variación de energía interna es independiente del proceso, sólo depende del estado inicial y final, por lo que se dice que es una función de estado. Del mismo modo dU es una diferencial exacta, a diferencia de , que depende del proceso.
Cero absoluto
El cero absoluto es la temperatura teórica más baja posible. A esta temperatura el nivel de energía del sistema es el más bajo posible, por lo que las partículas, según la mecánica clásica, carecen de movimiento; no obstante, según la mecánica cuántica, el cero absoluto debe tener una energía residual, llamada energía de punto cero, para poder así cumplir el principio de indeterminación de Heisenberg.
El cero absoluto sirve de punto de partida tanto para la escala de Kelvin como para la escala de Rankine.
Así, 0 K (o lo que es lo mismo, 0 R) corresponden, aproximadamente, a la temperatura de −273,15 °C o −459,67 °F.
Según la tercera ley de la termodinámica, el cero absoluto es un límite inalcanzable. La mayor cámara frigorífica actual sólo alcanza los -271 °C. La razón de ello es que las moléculas de la cámara, al llegar a esa temperatura, no tienen energía suficiente para hacer que ésta descienda aún más.
La entropía de un cristal ideal puro y perfecto sería cero. Si los átomos que lo componen no forman un cristal perfecto, su entropía debe ser mayor que cero, por lo que la temperatura siempre será superior al cero absoluto y el cristal siempre tendrá imperfecciones inducidas por el movimiento de sus átomos, necesitando un movimiento que lo compense y, por lo tanto, teniendo siempre una imperfección residual.
Cabe mencionar que a 0 K absolutamente todas las sustancias se solidificarían y que según el actual modelo del calor, las moléculas perderían toda capacidad de moverse o vibrar.
Hasta ahora la temperatura más cercana al cero absoluto ha sido obtenida en laboratorio por científicos del MIT en 2003. Se obtuvo enfriando un gas en un campo magnético hasta medio nanokelvin (5•10−10 K) por encima del cero absoluto.
Proceso isotérmico
Proceso isotérmico.
Se denomina proceso isotérmico o proceso isotermo al cambio de temperatura reversible en un sistema termodinámico, siendo dicho cambio de temperatura constante en todo el sistema. La compresión o expansión de un gas ideal en contacto permanente con un termostato es un ejemplo de proceso isotermo, y puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto térmico con otro sistema de capacidad calorífica muy grande y a la misma temperatura que el gas; este otro sistema se conoce como foco caliente. De esta manera, el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expanda realizando trabajo. Como la energía interna de un gas ideal sólo depende de la temperatura y ésta permanece constante en la expansión isoterma, el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W.
Una curva isoterma es una línea que sobre un diagrama representa los valores sucesivos de las diversas variables de un sistema en un proceso isotermo. Las isotermas de un gas ideal en un diagrama P-V, llamado diagrama de Clapeyron, son hipérbolas equiláteras, cuya ecuación es P•V = constante.
volumetricas
Un dispositivo volumétrico de despliegue es un dispositivo gráfico de despliegue que forma una representación visual de un objeto en tres dimensiones físicas, a distinción de la imagen del grafo planar de pantallas tradicionales que simulan profundidad a través de un número de efectos visuales diferentes. Una definición ofrecida por pioneros en el campo es que los despliegues volumétricos crean movimiento 3-D por la emisión, dispersándose, o transmitiendo la iluminación de regiones bien definidas en el espacio (x, y, z).
Los despliegues volumétricos producen movimiento tridimensional que llena volumen: Cada elemento de volumen o voxel en una escena del 3D emite luz visible de la región en la cual aparece. Dado su habilidad para proyectar movimiento autoestereoscópico (LINK – ana herraiz); que llena volumen, estos despliegues están siendo adoptados en campos tan diversos como la medicina, el diseño asistido por computadora mecánica, y la visualización militar. Es decir, el objetivo es crear movimientos 3-D visible para el ojo sin ayuda.
expansión
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¿Qué se entiende por un universo en expansión?. La expansión no es más que el incremento con el tiempo de la distancia entre cualquier par de galaxias lejanas. Se suele utilizar para representar este hecho la analogía de un globo donde hemos pintado una serie de puntos a modo de galaxias. La goma podría representar al espacio y a medida que inflamos el globo los puntos se alejan unos de otros.
La definición de expansión del universo es operacionalmente muy concreta y precisa: "el universo se expande en el sentido de que dos galaxias distantes se alejan con una velocidad de la forma v = dD/dt = H D, donde D es la distancia entre las galaxias y H la constante de Hubble en cualquier instante de la vida del universo". Aquí hay varias cuestiones fundamentales que aclarar:
Calor específico
El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor específico depende de dicha temperatura inicial.1 2 Se la representa con la letra (minúscula).
En forma análoga, se define la capacidad calorífica como la cantidad de calor que hay que suministrar a toda la extensión de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la letra (mayúscula).
Por lo tanto, el calor específico es la capacidad calorífica específica, esto es .3
Temperatura absoluta
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La Teoría cinética de los gases establece que la energía total media de la translación de una molécula es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas.
La Temperatura absoluta es el valor de la temperatura medida con respecto a una escala que comienza en el cero absoluto (0 K ó −273,15 °C). Se trata de uno de los principales parámetros empleados en termodinámica y mecánica estadística. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en kelvin, cuyo símbolo es K.1
Definiciones [editar]
Mediante Gases Ideales [editar]
La ley de Charles y Gay-Lussac establece que un gas ideal con masa y presión constantes muestra la siguiente relación invariante respecto a su volumen y temperatura:
La invariancia de la razón V/T indica que el volumen del gas es proporcional a su temperatura y sirve como fundamento para una definición de temperatura absoluta basada en gases los ideales.
Mediante la Cinética Molecular
La teoría cinética de los gases (mecánica estadística) establece que la energía cinética media de la traslación de una molécula es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas. La relación se establece mediante la denominada constante de Boltzmann representada como k. De esta forma se deduce que la energía cinética media Km de las moléculas de un gas, es:
Gas monoatómico [editar]
Un gas monoatómico, como por ejemplo son los gases nobles tiene moléculas formadas por un sólo átomo. Eso a que la energía de rotación, al ser la molécula casi puntual, pueda despreciarse. Así en los gases monoatómicos la energía total está prácticamente toda en forma de energía cinética de traslación. Como el espacio es tridimensional y existen tres grados de libertad de tralación eso conduce de acuerdo con el teorema de equipartición a que la energía interna total U de un gas ideal monoatómico y su capacidad calorífica CV vengan dadas por:
Donde T es la temperatura absoluta, N es el número de moléculas de gas dentro del sistema que estudiamos, n el número de moles, k la constante de Boltzmann y R la constante universal de los gases ideales. Así el calor específico molar de un gas ideal monoatómico es simplemente cv = 3R/2 o cp = 5R/2. Los gases monoatómicos reales también cumplen las anteriores igualdades aunque de modo aproximado.
Gases poliatómicos
El teorema de equipartición para gases poliatómicos sugiere que los gases poliatómicos que tienen enlaces "blandos" o flexibles y que vibran con facilidad con q frecuencias, deberían tener una capacidad calorífica molar dada por:
(*)
Donde r mide los grados de libertad rotacionales (r = 1 para moléculas lineales, r = 2 para moléculas planas y r = 3 para moléculas tridimensionales). Sin embargo estas predicciones no se cumplen a temperatura ambiente. La capacidad calorífica molar aumenta moderadamente a medida que aumenta la temperatura. Eso se debe a efectos cuánticos que hacen que los modos de vibración estén cuantizados y sólo estén accesibles a medida que aumenta la temperatura, y la expresión (*) sólo puede ser un límite a muy altas temperaturas. Sin embargo, antes de llegar a temperaturas donde esa expresión sea un límite razonable muchas moléculas se rompen por efecto de la temperatura, no llegando nunca al anterior límite. Un tratamiento rigurso de la capacidad calorífica requiere por tanto el uso de la mecánica cuántica, en particular de la mecánica estadística de tipo cuántico.
Proceso isobárico
Gráfica Volumen vs Presión: en el proceso isobárico la presión es constante. El trabajo (W) es la integral de la presión respecto al volumen.
Un proceso isobárico es un proceso termodinámico que ocurre a presión constante. En él, el calor transferido a presión constante está relacionado con el resto de variables mediante:
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09300872 MARIA JANN- Mensajes : 15
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