Clase 01-2.0

Presentación – Clase 1Principio Cero. Temperatura. Dilatación térmica.

Manuel Carlevaro

Universidad Tecnológica NacionalFacultad Regional Buenos Aires

Física IICurso Z-2152 (2011)

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Manuel Carlevaro (UTN – FRBA) Física II: Presentación – Clase 1 http://carlevaro.com.ar/fisica2/ 1 / 22

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Sitio web oficial UTN - FRBA

Aulas virtuales: http://www.campusvirtual.frba.utn.edu.ar/homogeneo/(Asignatura: Física)

Presentación

Programa

1 Calor

2 Principios de laTermodinámica

3 Carga y campo eléctrico

4 Potencial eléctrico

5 Capacidad eléctrica ydieléctricos

6 Corriente eléctrica y circuitosde corriente continua

7 Campo magnético

8 Fuentes de campo magnético

9 Inducción magnética

10 Corriente alterna

11 Ecuaciones de Maxwell yondas electromagnéticas

12 Óptica Física: Interferencia

13 Óptica Física: Difracción

Primer parcial Segundo parcial

Presentación

Programa

1 Calor

2 Principios de laTermodinámica

3 Carga y campo eléctrico

4 Potencial eléctrico

5 Capacidad eléctrica ydieléctricos

6 Corriente eléctrica y circuitosde corriente continua

7 Campo magnético

8 Fuentes de campo magnético

9 Inducción magnética

10 Corriente alterna

11 Ecuaciones de Maxwell yondas electromagnéticas

12 Óptica Física: Interferencia

13 Óptica Física: Difracción

Primer parcial Segundo parcial

Presentación

Parciales:

2 Parciales / 2 Recuperatorios por parcialI Parcial 1: semana siguiente a la Clase 12.I Parcial 2: semana siguiente a la Clase 20.I Primer recuperatorio (parciales 1 y 2): una semana luego de la muestra de

correcciones.I Segundo recuperatorio (parciales 1 y 2): fechas a confirmar.

2 horas / 5 problemas

Calificación de problemas: B (B−), R (R−), M.

Aprobación: 3 B o 2 B y 2 R.

Condición de Alumno Regular1 Aprobar ambos parciales/recuperatorios

2 Aprobar los TPs (fechas a confirmar)

3 Asistencia

Presentación

Bibliografía:

F. W. Sears, M. W. Zemansky, H. D. Young, R. A. FreedmanFísica Universitaria con Física Moderna, vol. 1 y 2.Pearson Educación, undécima edición. México, 2005.

P. A. Tipler, G. MoscaFísica para la ciencia y la tecnología, vol. 1 y 2.Reverté, 5ta Edición. España, 2005.

F. W. Sears y M. W. ZemanskyFísica General.Aguilar S. A. de Ediciones, Madrid, 1975.

Resnick y D. HallidayFísica, partes 1 y 2.Companía Editorial Continental S. A. , Mexico, 1986.

Guías de problemas:Guía de Problemas - 2003 - BF1CP10

Guía de Problemas de Calor y Termodinámica, Corriente Alterna, ÓpticaOndulatoria - 2006 - BF1CP11

Sugerencias

Tomar notas a mano: es un compromiso activo, ayuda a la transferencia deinformación de la memoria de corto plazo a la de largo plazo.

Resolver problemas: a) estudiar el libro, b) trabajar el problema sin mirar“ayudas”, c) comparar el enfoque (no solo la respuesta) con el libro. Loimportante es el método, no el resultado final.

Trabajar en grupo: Resolver problemas, discutir planteos, comparar resultados.

Sugerencias

Sistemas termodinámicos

Sistema

Medio ambiente

Límite del sistema

SistemaCantidad de materia o región delespacio elegida para estudio:

Cerrado: No hay intercambiode masa con el medioambiente.

I Aislado: No hay intercambiode energía con el medioambiente.

Abierto: Hay intercambio demasa/energía con el medioambiente.

Sistemas termodinámicos

Enfoque macroscópico Enfoque microscópico

Termodinámica Mecánica Estadística

Propiedades termodinámicas

Propiedad de un sistema es alguna característicaque permite describir el comportamiento delmismo. Tiene un único valor cuando el sistemaestá en un estado particular, y no depende de losestados previos por los que pasó el sistema.

Ejemplos:

Presión (p)

Temperatura (T )

Volumen (V )

masa (m)

Viscosidad

Conductividadtérmica

Módulo deelasticidad

Coeficiente deexpansión térmica

Resistividadeléctrica

Velocidad

Altura

Propiedades termodinámicas

Propiedades

Intensivas: Independientes de la tamaño delsistema (T , p, ρ)

Extensivas: Dependen de la masa o tamañodel sistema (m, V )

Específicas: Propiedades extensivas porunidad de masa (v = V/m)

Temperatura y equilibrio térmico

Hierro90°C

Cobre90°C

Hierro150°C

Cobre20°C

Flujo de calor desdeel cuerpo máscaliente al más frío.

La transferencia sedetiene cuandoalcanzan la mismatemperatura.

Equilibrio térmicoDos sistemas están en equilibrio térmico si y solo si tienen la misma temperatura.

Temperatura y equilibrio térmico

Hierro90°C

Cobre90°C

Hierro150°C

Cobre20°C

Flujo de calor desdeel cuerpo máscaliente al más frío.

La transferencia sedetiene cuandoalcanzan la mismatemperatura.

Equilibrio térmicoDos sistemas están en equilibrio térmico si y solo si tienen la misma temperatura.

Principio Cero de la Termodinámica

SistemaA

SistemaB

SistemaC

Aislante

Conductor

TA = TC y TB = TC

SistemaA

SistemaC Aislante

Conductor

SistemaB

TA = TB

Principio Cero de la TermodinámicaSi A y B están, separadamente, en equilibrio térmico con un tercer cuerpo C,

entonces A y B están en equilibrio térmico entre sí.

C puede funcionar como termómetro.

SistemaA

SistemaB

SistemaC

Aislante

Conductor

TA = TC y TB = TC

SistemaA

SistemaC Aislante

Conductor

SistemaB

TA = TB

SistemaA

SistemaB

SistemaC

Aislante

Conductor

TA = TC y TB = TC

SistemaA

SistemaC Aislante

Conductor

SistemaB

TA = TB

SistemaA

SistemaB

SistemaC

Aislante

Conductor

TA = TC y TB = TC

SistemaA

SistemaC Aislante

Conductor

SistemaB

TA = TB

Propiedades termométricas

Pared delgadade vidrio

Tubo capilar

Líquido (Hg)

Altura de Hg (L)

Manómetro

Botella de

gas a volumen

constante

Presión del gas (p)

Resistencia eléctrica (R)

Termómetros

Medida de la temperatura:

T (X) = aX,X: propiedad termométrica

T (X1)

T (X2)=X1

Punto fijo patrón→ Punto triple del agua: 273,16 K

T (Xtr)=

Para todos los termómetros: T (Xtr) = 276,16 K

T (X) = 273,16KX

Termómetros

T (X1)

T (X2)=X1

T (Xtr)=

T (X) = 273,16KX

Termómetros

T (X1)

T (X2)=X1

T (Xtr)=

T (X) = 273,16KX

Termómetros

T (X1)

T (X2)=X1

T (Xtr)=

T (X) = 273,16KX

Termómetros

Ejemplo: Cierto termómetro de resistor de platino tiene una resistencia R de 90,35 Wcuando el bulbo se coloca en una celda de punto triple de agua. ¿Cuál será latemperatura que indicará el termómetro si el bulbo se coloca en un medio ambiente talque su resistencia eléctrica es de 96,28 W?

T (X) = 273,16KX

= 273,16K96,28

= 291,1K

Termómetros

Ejemplo: Cierto termómetro de resistor de platino tiene una resistencia R de 90,35 Wcuando el bulbo se coloca en una celda de punto triple de agua. ¿Cuál será latemperatura que indicará el termómetro si el bulbo se coloca en un medio ambiente talque su resistencia eléctrica es de 96,28 W?

T (X) = 273,16KX

= 273,16K96,28

= 291,1K

Termómetro de gas a volumen constante

T (P ) = 273,16KP

R. Resnick, D. Halliday y K. Krane. Física Vol. 1. Compañia Editorial Continental,México (2001).

Escala de temperaturasdel gas ideal :

T (P ) = 273,16K lımPtr→0

R. Resnick, D. Halliday y K. Krane. Física Vol. 1. Compañia Editorial Continental,México (2001).

Escala de temperaturasdel gas ideal :

T (P ) = 273,16K lımPtr→0

Escalas de temperatura

°C K °F R

273,16

0‒273,15

‒459,67 0

491,69

Puntotriple delagua

Ceroabsoluto

Kelvin Celsius

K = C + 273,15

C = K − 273,15

Celsius Farenheit

9(F − 32)

5C + 32

Rankine Farenheit

R = F + 459,67

F = R− 459,67

Escalas de temperatura

°C K °F R

273,16

0‒273,15

‒459,67 0

491,69

Puntotriple delagua

Ceroabsoluto

Kelvin Celsius

K = C + 273,15

C = K − 273,15

Celsius Farenheit

9(F − 32)

5C + 32

Rankine Farenheit

R = F + 459,67

F = R− 459,67

Dilatación térmica

Amplitud de vibración ≈ 10−9 cmFrecuencia de vibración ≈ 1013 Hz

Dilatación lineal:

∆L = αL0 ∆T

Ejemplo: video.

Dilatación superficial:

∆S = 2αS0 ∆T

Dilatación volumétrica:

∆V = 3αV0 ∆T

= β V0 ∆T

Esfuerzo detensión/compresión:

A= Y α∆T

Y : módulo de Young.

Dilatación lineal:

∆L = αL0 ∆T

Ejemplo: video.

∆S = 2αS0 ∆T

∆V = 3αV0 ∆T

= β V0 ∆T

A= Y α∆T

Dilatación lineal:

∆L = αL0 ∆T

Ejemplo: video.

∆S = 2αS0 ∆T

∆V = 3αV0 ∆T

= β V0 ∆T

A= Y α∆T

Dilatación lineal:

∆L = αL0 ∆T

Ejemplo: video.

∆S = 2αS0 ∆T

∆V = 3αV0 ∆T

= β V0 ∆T

A= Y α∆T

Dilatación lineal:

∆L = αL0 ∆T

Ejemplo: video.

∆S = 2αS0 ∆T

∆V = 3αV0 ∆T

= β V0 ∆T

A= Y α∆T

Ejemplo: Los remaches de aluminio que se utilizan en la construcción de aviones sefabrican ligeramente más grandes que los orificios en los que se colocan, y se enfríancon “hielo seco” (CO2 sólido) antes de colocarlos. Si el diámetro del orificio es 4,50mm, ¿cuál debería ser el diámetro del remache a 23,0 °C, si su diámetro es igual al delorificio cuando el remache se enfría a −78,9 °C, la temperatura del hielo seco?α = 2,4× 10−5 °C−1.

Sea d0 el diámetro a −78,9 °C y d el diámetro a 23,0 °C.

d = d0 + ∆d

= d0 (1 + α∆T )

= (0,45cm)(1 + 2,4× 10−5°C−1 [23,0°C− (−78,9°C)])

= 0,4511cm = 4,511mm

Ejemplo: Los remaches de aluminio que se utilizan en la construcción de aviones sefabrican ligeramente más grandes que los orificios en los que se colocan, y se enfríancon “hielo seco” (CO2 sólido) antes de colocarlos. Si el diámetro del orificio es 4,50mm, ¿cuál debería ser el diámetro del remache a 23,0 °C, si su diámetro es igual al delorificio cuando el remache se enfría a −78,9 °C, la temperatura del hielo seco?α = 2,4× 10−5 °C−1.

Sea d0 el diámetro a −78,9 °C y d el diámetro a 23,0 °C.

d = d0 + ∆d

= d0 (1 + α∆T )

= (0,45cm)(1 + 2,4× 10−5°C−1 [23,0°C− (−78,9°C)])

= 0,4511cm = 4,511mm

Problemas y lecturas sugeridas

Problemas:

BF1CP11: Problemas 1 – 5 y 7

Lecturas sugeridas:

R. Resnick y D. HallidayFísica, parte 1Companía Editorial Continental S. A. , Mexico, 1986.Capítulo 21

F. W. Sears y M. W. ZemanskyFísica GeneralAguilar S. A. de Ediciones, Madrid, 1975.Capítulo 15

M. Zemansky y R. DittmanCalor y TermodinámicaMcGraw-Hill, Mexico, 1985.Capítulo 1

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