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DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO
Física III
2 [ POLITÉCNICO GRANCOLOMBIANO]
• CARTA DE BIENVENIDA
Estimados participantes:
Es un placer para el equipo estar con ustedes en este ambiente virtual, pues sabemos que para aquellos que quieren aprender y enfrentar nuevos retos no hay límites ni de tiempo ni de espacio que se interpongan.
El mundo de hoy nos invita a nuevas alternativas, en las cuales todo aquel que quiera avanzar opta por tomarlas, para así estar a la altura de las exigencias de un mundo moderno y competitivo. Es por esto que los invito a este nuevo reto que muy seguramente será de gran importancia para la vida de cada uno de ustedes, en donde abordaremos la aventura de tratar de entender la mecánica del mundo, enmarcado en la asignatura Física III: Termodinámica y mecánica de fluidos.
Para el módulo de Física III, es recomendable dominio por parte del estudiante de los temas tratados en los programas de los módulos de Física I y II, en especial los temas relacionados con energía y potencia. La evaluación de los temas de Física presenta varias facetas, las pruebas tipo cuestionario, participación en el foro y la evaluación de informes de laboratorio.
Firma: Equipo de tutores
3 [ FÍSICA III ]
• FICHA TÉCNICA NOMBRE DEL MÓDULO: FÍSICA III AUTOR: MIGUEL ÁNGEL BERNAL YERMANOS FACULTAD: INGENIERÍA Y CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO: CIENCIAS BÁSICAS Correo electrónico oficial: mabernal@poli.edu.co Objetivos de Aprendizaje del Módulo ¿Cuáles son las características que los estudiantes estarán en capacidad de practicar al finalizar el módulo? 1. Reconocer los conceptos y magnitudes básicas de la termodinámica 2. Identificar las diferentes formas de la energía dentro de un sistema de estudio 3. Aplicar correctamente la primera ley de la termodinámica en el análisis termodinámico de sistemas cerrados (masa de control) y sistemas abiertos (volúmenes de control) y los relacione con dispositivos en aplicaciones industriales 4. Relacionar las nociones de energía y entropía en el análisis de esquemas fundamentales de las máquinas térmicas 5. Analizar correctamente la termodinámica de los ciclos de potencia con fundamento en la primera y segunda ley de la termodinámica.
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• MAPA DEL MÓDULO
5 [ FÍSICA III ]
• GLOSARIO
• ACELERACIÓN ANGULAR INSTANTÁNEA: magnitud física que informa la rapidez con que cambia la velocidad angular de una partícula cuando el intervalo de tiempo de observación tiende a cero. La unidad S.I es rad/s.
• ALREDEDOR O EXTERIOR: espacio que rodea al sistema.
• CALIDAD: proporción de masa de vapor que hay en la masa total de la sustancia.
• CALOR: energía que se transfiere entre dos sistemas en contacto térmico debido a la
diferencia de temperatura entre ellos. El calor es energía en transición y desaparece cuando los sistemas alcanzan el equilibrio térmico.
• CALOR ESPECÍFICO: cantidad de energía en forma de calor que hay que agregar o quitar
para elevar o disminuir en un grado centígrado la temperatura de una unidad de masa de la sustancia en cuestión.
• CALOR LATENTE DE FUSIÓN: calor que se necesita agregar a una sustancia para pasar de
la fase solida a liquida o viceversa.
• CALOR LATENTE DE VAPORACIÓN: calor necesario para pasar de la fase liquida a la fase gaseosa o viceversa.
• CALORÍA: cantidad de energía en forma de calor necesaria para elevar la temperatura de
un gramo de agua a una atmosfera desde 14.5 grados Celsius hasta 15.5 grados Celsius.
• CALORIMETRÍA: ciencia encargada de la medición del calor.
• CÁMARA DE MEZCLADO: dispositivo diseñado para la mezcla de fluidos que consta de dos o más entradas, una cámara principal donde ocurre el mezclado y usualmente una salida.
• CAPACIDAD CALORÍFICA: cantidad de energía (calor) necesaria para aumentar la
temperatura de esa masa de sustancia en un grado centígrado.
• CICLO: proceso que, al ser ejecutado, el sistema regresa a su estado inicial.
• COMPRESOR: dispositivo diseñado para aumentar la presión de un fluido.
6 [ POLITÉCNICO GRANCOLOMBIANO]
• DENSIDAD: masa por unidad de volumen.
• DENSIDAD RELATIVA: razón de la densidad de alguna sustancia entre la del agua.
• DIFUSOR: tobera en sentido contrario.
• ECUACIÓN DE BERNOULLI: ecuación que expresa la conservación de la energía.
• ECUACIÓN DE CONTINUIDAD: relación que establece la igualdad del flujo másico de un
punto a otro.
• EFICIENCIA: cantidad de energía que se logra transferir en un proceso.
• EMPUJE: fuerza ascendente que experimenta un cuerpo al estar total o parcialmente inmerso en un fluido y que es igual al peso del fluido desalojado.
• ENERGÍA CINÉTICA O ENERGÍA SENSIBLE: es un tipo de energía asociada al movimiento
de las moléculas que componen en el sistema.
• ENERGÍA DE ENLACE ENERGÍA LATENTE: es la energía interna asociada a la fase de un sistema.
• ENERGÍA ESPECÍFICA: energía por unidad de masa.
• ENERGÍA INTERNA: energía ocasionada al interactuar partículas, moléculas o átomos de
un sistema con ellas mismas y las fronteras del sistema.
• ENERGÍA MECÁNICA: si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, el estado de movimiento del cuerpo es el reposo o velocidad constante.
• ENERGÍA NUCLEAR: energía asociada a las fuerzas que unen los componentes del núcleo
atómico.
• ENERGÍA QUÍMICA: energía asociada a las fuerzas que unen los componentes del núcleo atómico.
• ENERGÍAS MACROSCÓPICAS: son energías relacionadas con el movimiento del sistema y
factores externos.
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• ENERGÍAS MICROSCÓPICAS: son energías independientes de sistemas de referencia externos, y están relacionadas con la actividad molecular y las energías potenciales de las moléculas del sistema.
• ENTALPÍA: variable de estado que combina la energía interna, la presion y el volumen en
la ecuación: H = U + PV .
• EQUILIBRIO DE FASE: condición en el sistema donde conviven dos o más fases en equilibrio.
• EQUILIBRIO MECÁNICO: condición en la que todos los puntos de un sistema se
encuentran a la misma presion.
• EQUILIBRIO QUÍMICO: condición en la que la composición química del sistema es la misma punto a punto.
• EQUILIBRIO TÉRMICO: condición en la que todos los puntos de un sistema se
encuentran a la misma temperatura.
• ESTADO DE CUASIEQUILIBRIO: cercano al de equilibrio.
• ESTADO DE EQUILIBRIO: estado donde el sistema se encuentra en todos los tipos de equilibrio.
• FASE GASEOSA: estado de la materia donde las moléculas de la sustancia se encuentran
totalmente desorganizadas y no existen enlaces entre ellas.
• FASE LÍQUIDA: estado de la materia donde las moléculas de la sustancia se encuentran desorganizadas pero unidas por fuertes enlaces moleculares.
• FASE SÓLIDA: estado de la materia donde las moléculas de la sustancia se encuentran
organizadas formando una red cristalina.
• FLUJO MÁSICO: rapidez con que cambia la masa de un sistema.
• FORMAS DE ENERGÍAS ESTÁTICAS: son las energías que no atraviesan la frontera.
• FORMAS DINÁMICAS DE LA ENERGÍA: Son las energías que pueden atravesar la frontera.
• FRONTERA: delimitador que separa al sistema de su alrededor.
8 [ POLITÉCNICO GRANCOLOMBIANO]
• FRONTERA ADIABÁTICA: frontera que impide que entre o salga calor del sistema.
• GAS IDEAL: todo gas cuyo comportamiento sea bien descrito por la ecuación de estado de gas ideal.
• INTERCAMBIADOR DE CALOR: dispositivo diseñado para enfriar fluido mientras se
calienta otro y viceversa.
• ISOTERMA: en un diagrama presion vs. volumen, es un camino donde la temperatura no cambia.
• LEY CERO: si dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico con un tercer cuerpo,
entonces los dos primeros cuerpos también se encuentran en equilibrio térmico.
• LÍNEA DE VAPOR SATURADO: línea que conecta los estados de vapor saturado.
• LÍQUIDO COMPRIMIDO O SUBENFRIADO: sustancia en la fase líquida que, al aumentar la temperatura, sigue estando en la fase líquida.
• LÍQUIDO SATURADO: sustancia que, estando en la fase líquida, todos sus puntos
alcanzan su punto de evaporación.
• MASA MOLAR: detenida como la masa de un mol de sustancia medida en gramos.
• MEZCLA SATURADA LÍQUIDO-‐VAPOR: proceso en el que la fase líquida y la fase gaseosa se encuentran en equilibrio térmico.
• MEZCLA SÓLIDO-‐LÍQUIDO: proceso en el que la fase sólida y la fase líquida se
encuentran en equilibrio térmico.
• MOL: cantidad de sustancia que contiene tantos átomos como el número de moléculas que contienen 12 gramos de carbono-‐12.
• PESO ESPECÍFICO: peso por unidad de volumen.
• POSTULADO DE ESTADO: el estado de un sistema compresible simple se determina
completamente por dos propiedades intensivas independientes.
• PRESIÓN: fuerza por unidad de área que ejerce un fluido sobre un objeto inmerso en él.
• PRESIÓN ABSOLUTA: es la suma de la presión atmosférica y la presión manométrica.
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• PRESIÓN ATMOSFÉRICA: presión que ejerce el aire sobre todo objeto en la tierra.
• PRESIÓN DE SATURACIÓN: presión a la que una sustancia cambia de fase a una
temperatura dada.
• PRESIÓN MANOMÉTRICA: presión generada por la columna de un fluido.
• PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA: expresa la conservación de la energía. Los cambios de energía que sufre un sistema se deben a entradas y/o salidas de calor, energía y masa.
• PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES: cuando un cuerpo se encuentra inmerso en un fluido
experimenta una fuerza llamada empuje.
• PRINCIPIO DE PASCAL: al ejercer presión sobre un fluido encerrado, la presión interna del fluido y la presión de las paredes internas del recipiente serán iguales.
• PROCESO: cambios que experimenta un sistema al pasar de un estado a otro a través de
estados intermedios.
• PROCESO ADIABÁTICO: proceso en el cual no hay transferencia de calor entre el sistema y el exterior.
• PROCESO DE FLUJO ESTABLE: proceso en el cual el sistema no sufre cambios en el
tiempo mientras fluye permanentemente.
• PROCESO ISOBÁRICO: un proceso que se hace a presión constante.
• PROCESO ISOMÉTRICO O ISOCÓRICO: un proceso que se hace a volumen constante. • PROCESO ISOTÉRMICO: un proceso que se hace a temperatura constante.
• PROPIEDADES DE UN SISTEMA: son las características propias de un sistema:
dimensiones, masas, volúmenes, colores, materiales, texturas, etc.
• PROPIEDADES EXTENSIVAS: propiedades que dependen del tamaño del sistema.
• PROPIEDADES INCOMPRESIBLES: son propiedades que no dependen del valor de la presión.
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• PROPIEDADES INDEPENDIENTES: cuando la variación de una de las propiedades no altera el valor de las otras.
• PROPIEDADES INTENSIVAS: propiedades que son independientes del tamaño del
sistema.
• PUNTO CRÍTICO: punto en donde los estados, líquidos saturado y vapor saturado son idénticos.
• RAZÓN GAMMA: relación entre los calores específicos a volumen y presión constante de
un gas.
• SISTEMA: es la porción de materia o sector del espacio que se quiere estudiar.
• SISTEMA ABIERTO: sistema donde existe masa que cruce la frontera.
• SISTEMA AISLADO: sistema cerrado que no expulsa energía en forma de calor ni tampoco la deja entrar.
• SISTEMA CERRADO: sistema donde no hay masa que cruce la frontera.
• SISTEMA COMPRESIBLE SIMPLE: sistema en el que los efectos eléctricos, magnéticos,
gravitacionales y tensión superficial son despreciables o no están presentes.
• SISTEMAS FIJOS: sistemas donde se consideran que ciertas condiciones son constantes.
• SÓLIDO COMPRIMIDO: sólido que al calentarse o enfriarse continúa estando en la fase solida.
• SÓLIDO SATURADO: sólido a punto de licuarse.
• SUSTANCIAS PURAS: sustancias de composición química fija.
• TEMPERATURA DE SATURACIÓN: temperatura a la que una sustancia pura cambia de
fase a una presión dada.
• TERMODINÁMICA DEL EQUILIBRIO: rama de la termodinámica que estudia los sistemas en equilibrio.
• TOBERA: tubo o ducto cuya sección transversal va disminuyendo en la dirección que
avanza el fluido.
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• TRABAJO: es una forma dinámica de la energía que se relaciona con la energía interna
del sistema.
• TRABAJO DE EJE: trabajo que genera un sistema que rota en un punto, en algunos de los puntos o en todo el sistema.
• TRABAJO DE FLUJO: trabajo realizado para hacer entrar o salir la masa de un sistema
abierto.
• TRABAJO DE FRONTERA: cuando un sistema se expande o se comprime el movimiento de la frontera hace trabajo.
• TRABAJO ELÉCTRICO: trabajo generado por el movimiento de cargas eléctricas en un
circuito.
• TURBINA: dispositivo diseñado para aumentar la velocidad de un fluido.
• VÁLVULAS DE ESTRANGULAMIENTO: dispositivo utilizado para disminuir la presion de un fluido.
• VAPOR SATURADO: sustancia en la fase gaseosa que en todos sus puntos se mantiene
en la misma fase.
• VAPOR SOBRECALENTADO: sustancia que en la fase gaseosa se aumenta su temperatura, excediendo el punto de evaporación.
• VOLUMEN ESPECÍFICO: volumen por unidad de masa, es el recíproco de la densidad.
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• BIBLIOGRAFÍA
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