Examen parcial: 15-1-2016 Aula: 2.4 19:30 FÍSICA I GRADO Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla FÍSICA I GRADO Ingeniería Mecánica Prof. Norge Cruz Hernández Examen parcial: 15-1-2016 Aula: 2.4 19:30 Movimiento vibratorio, Mecánica de fluidos, Termodinámica I y II.

FÍSICA I GRADO Ingeniería Mecánica Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla FÍSICA I GRADO Ingeniería Mecánica Tema 7. Termodinámica: Primer principio Prof. Norge Cruz Hernández

Tema 7. Termodinámica: Primer principio (3h) 7.1 Introducción 7.1 Conceptos básicos. Sistemas, estados y transformaciones termodinámicas. 7.2 Equilibrio térmico y temperatura. Principio cero. 7.3 Termometría: propiedades termométricas. Escalas de temperatura. 7.4 Concepto de calor. Capacidades caloríficas y calores latentes. 7.5 Gas ideal 7.6 Trabajo termodinámico. Trabajo en procesos cuasiestáticos. 7.7 Primer principio de la termodinámica. Energía interna.

Bibliografía Clases de teoría: - Física Universitaria, Sears, Zemansky, Young, Freedman ISBN: 970-26-0511-3, Ed. 9 y 11. Clases de problemas: -Problemas de Física General, I. E. Irodov Problemas de Física General, V. Volkenshtein Problemas de Física, S. Kósel Problemas seleccionados de la Física Elemental, B. B. Bújovtsev, V. D. Krívchenkov, G. Ya. Miákishev, I. M. Saráeva. Libros de consulta: Problemas de Física, Burbano, Burbano, Gracia. Resolución de problemas de física, V.M. Kirílov.

Tipos de procesos termodinámicos Proceso adiabático: Es un proceso en el que no entra ni sale calor. Proceso isocórico: Es un proceso que transcurre a volumen constante. Proceso isobárico: Es un proceso que transcurre a presión constante. Proceso isotérmico: Es un proceso a temperatura constante. gas ideal

Energía interna del gas ideal La energía interna del gas ideal, solamente depende de su temperatura. gas ideal :grado de libertad del sistema. gas monoatómico Grado de libertad: El número de componentes de velocidad necesarios para describir el movimiento de una molécula. Principio de equipartición de la energía: Cada grado de libertad tiene una energía asociada por molécula de valor:

CV: Capacidad calorífica molar a volumen constante. Cp: Capacidad calorífica molar a presión constante. CV Cp

Cp gas ideal

Proceso adiabático del gas ideal

El gas ideal reduce su temperatura al expandirse de forma adiabática

FÍSICA I GRADO Ingeniería Mecánica Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla FÍSICA I GRADO Ingeniería Mecánica Tema 8. Termodinámica: Segundo principio Prof. Norge Cruz Hernández

Tema 8. Termodinámica: Segundo principio. (2h) 8.1 Introducción 8.1 Necesidad de un segundo principio. Irreversibilidad de los procesos naturales. 8.2 Motores térmicos. Rendimiento. Enunciado de Kelvin-Planck del segundo principio. 8.3 Máquinas frigoríficas. Eficiencia. Enunciado de Clausius del segundo principio. 8.4 Equivalencia entre los enunciados de Kelvin-Planck y Clausius. 8.5 Procesos reversibles e irreversibles. 8.6 Ciclo de Carnot. Teorema de Carnot. Escala absoluta de temperatura. 8.7 Entropía y segundo principio.

Bibliografía Clases de teoría: - Física Universitaria, Sears, Zemansky, Young, Freedman ISBN: 970-26-0511-3, Ed. 9 y 11. Clases de problemas: -Problemas de Física General, I. E. Irodov Problemas de Física General, V. Volkenshtein Problemas de Física, S. Kósel Problemas seleccionados de la Física Elemental, B. B. Bújovtsev, V. D. Krívchenkov, G. Ya. Miákishev, I. M. Saráeva. Libros de consulta: Problemas de Física, Burbano, Burbano, Gracia. Resolución de problemas de física, V.M. Kirílov.

Ley cero de la termodinámica: Si C está inicialmente en equilibrio térmico con A y B, entonces A y B también están en equilibrio térmico entre sí.

Primera ley de la termodinámica: Si entregamos a un sistema una cantidad de calor Q, esta se empleará en aumentar la energía interna del sistema y en que el sistema realice un trabajo W contra su entorno. El calor generado en la quema de carbón o de madera se emplea una parte en elevar la temperatura del agua y otra parte en hacer trabajo para mover la locomotora.

flujo de calor se enfría el café se calienta el café flujo de calor Flujo de calor: Sólo se produce de manera espontánea de un cuerpo caliente a uno frío. flujo de calor se enfría el café se calienta el café flujo de calor Este proceso no ocurre espontáneamente, aunque NO está prohibido por la Primera Ley de la Termodinámica.

Procesos irreversibles: procesos que se efectúan espontáneamente, pero no en el sentido contrario. Procesos reversibles: procesos que pueden ocurrir en el sentido contrario. Procesos idealizados, son procesos en equilibrio.

Proceso cíclico: Es una sucesión de procesos que al final deja la sustancia en el estado en que inició el proceso. Primera Ley

Diagrama esquemático de flujo de energía para una máquina de calor. Depósito caliente: Fuente de calor. Puede dar a la sustancia grandes cantidades de calor a la temperatura TC, sin cambiar apreciablemente su propia temperatura. Depósito frío: Puede absorber cantidades de calor de desechado por la máquina a una temperatura TF.

Rendimiento de la máquina:

La experiencia sugiere que es imposible construir una máquina de calor que convierta calor totalmente en trabajo, es decir, que exista una eficiencia del 100 %.

Enunciado de Kelvin-Planck Segunda Ley de la Termodinámica: Es imposible que un sistema efectúe un proceso en el que absorba calor de un depósito de temperatura uniforme y lo convierta totalmente en trabajo mecánico, terminando en el mismo estado en que inició. Enunciado de Kelvin-Planck

el trabajo se realiza por un agente externo al sistema Refrigerador: Es una máquina que toma calor de un lugar frio y lo cede a un lugar menos frío. el trabajo se realiza por un agente externo al sistema cantidad de calor que sale del sistema al depósito caliente cantidad de calor que entra al sistema desde depósito frío Coeficiente de eficiencia de la máquina:

Segunda Ley de la Termodinámica: Es imposible que un proceso tenga como único resultado la transferencia de calor de un cuerpo más frío a uno más caliente. Enunciado de Clausius

flujo de calor se enfría el café se calienta el café flujo de calor Flujo de calor: Sólo se produce de manera espontánea de un cuerpo caliente a uno frío. flujo de calor se enfría el café se calienta el café flujo de calor Este proceso no ocurre espontáneamente, aunque NO está prohibido por la Primera Ley de la Termodinámica.

móvil perpetuo de segunda especie No podemos tener un sistema que funcione solamente de una fuente de calor. móvil perpetuo de segunda especie Se incumple el enunciado de Kelvin-Planck

sustancia de trabajo es un gas ideal Ciclo de Carnot Si tenemos una máquina de calor con temperaturas de los depósitos caliente TC y frío TF. ¿Qué tanta eficiencia puede tener esta máquina? Sadi Carnot (1796-1832) Carnot contesto a esta pregunta fabricando una máquina idealizada que tenía la máxima eficiencia posible. El ciclo de esta máquina era el ciclo de Carnot. sustancia de trabajo es un gas ideal

el rendimiento solamente depende de las temperaturas de los focos caliente y frío.

Refrigerador de Carnot es el mismo ciclo de la máquina de Carnot, pero en sentido contrario. la eficiencia de la máquina:

Entropía y segundo principio. Entropía: Es una medida del desorden. Es una función de estado del sistema En un proceso reversible, calculamos variación infinitesimal de la entropía como: Entonces, el cambio de entropía en un proceso reversible a distintas temperaturas se puede obtener integrando la ecuación:

Proceso reversible. Proceso irreversible. Segunda Ley de Termodinámica: No puede existir un proceso en los que la entropía total disminuya, si se incluyen todos los sistemas que participan. La entropía nos da una medida cuantitativa de la irreversibilidad de los procesos y de la eficiencia de nuestro proceso.