CONCEPTOS BÁSICOS

1.1 TERMODINÁMICA Y ENERGÍA
1. Termodinámica
  1. Ciencia de la energía
  2. Primera ley de la termodinámica
    1. La energía es una propiedad termodinámica
  3. Segunda ley de la termodinámica
    1. La energía tiene calidad así como cantidad, y los procesos reales ocurren hacia donde disminuye la calidad de la energía
  4. Rama de la física que se ocupa de la energía y sus transformaciones en los sistemas
2. Energia
  1. Capacidad para causar cambios
  2. Principio de conservación de la energía
    1. Durante una interacción, la energía puede cambiar de una forma a otra pero su cantidad total permanece constante
      1. La energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma (primera ley)
  3. El cambio en el contenido energético de un cuerpo o de cualquier otro sistema es igual a:
    1. 1. Diferencia entre la entrada y la salida de energía
1.2 ENERGÍA Y MEDIO AMBIENTE
1. La conversión de una energía a otra afecta frecuentemente y en diversas formas al ambiente y al aire que respiramos
  1. 1. El smog
      1. Constituido de ozono ubicado al nivel del suelo (O3)
    2. El ozono
      1. Irrita los ojos y daña los alvéolos de los pulmones en los que se intercambia oxígeno y dióxido de carbono
  2. La fuente más grande de contaminación del aire son los motores de los vehículos
    1. Liberan contaminantes que se agrupan como hidrocarburos (HC), óxidos de nitrógeno (NOx) y monóxido de carbono (CO)
  3. Lluvia ácida
  4. Efecto invernadero
  5. Calentamiento global
  6. Cambio climático
1.3 REPASO DE SISTEMAS DE UNIDADES
1. Cualquier cantidad física se caracteriza mediante dimensiones
  1. Las magnitudes asignadas a las dimensiones se llaman unidades
2. Dimensiones Primarias o Fundamentales
  1. masa (m)
  2. longitud (L)
  3. temperatura (T)
  4. tiempo (t)
3. Dimensiones secundarias o Dimensiones derivadas
  1. Velocidad (V)
  2. Energía (E)
  3. Volumen (V)
4. Actualmente se usan dos sistemas de unidades:
  1. El sistema métrico (SI)
    1. Sistema simple y lógico basado en una relación decimal entre las distintas unidades
      1. Las siete dimensiones fundamentales y sus unidades en el SI
      2. Prefijos estándar en unidades SI
    2. La unidad de fuerza es el newton (N)
      1. Fuerza requerida para acelerar una masa de 1 Kg a razón de 1 m/?2
        1 N= 1 kg.m/?2
  2. El sistema ingles
    1. No tiene base numérica sistemática evidente y varias unidades de este sistema se relacionan entre si de manera bastante arbitraria (12 pulgadas=1 pie, 1 milla=5280 pies, 4 cuartos=1 galón, etc.),
      1. ejemplos de unidades SI e Inglesas
        Las unidades de masa y longitud en los dos sistemas se relacionan entre si mediante:
        1 lbm= 0.45359kg 1 ft= 0.3048 m
    2. La unidad de fuerza es la libra-fuerza (lbf)
      1. Fuerza requerida para acelerar una masa de 32.174 lbm (1 slug) a razón de 1 ft/?2
        1 lbf= 32.174 lbm. ft/?2
1.4 SISTEMAS ABIERTOS Y CERRADOS
1. Sistema cerrado o masa de control
  1. 1. Puede intercambiar energía con el entorno, pero no materia
      1. Ejemplos
        Una botella con agua dentro del frigorífico
      2. Cantidad de masa fija
      3. Si la energia tampoco puede cruzar las fronteras se llama sistema aislado
2. Sistema abierto volumen de control
  1. 1. Puede intercambiar con el entorno tanto materia como energía, generalmente en forma de calor
      1. Ejemplos
        La Tierra, una olla descubierta con agua hirviendo, la célula.
      2. Region en el espacio
1.5 PROPIEDADES DE UN SISTEMA
1. Propiedades intensivas
  1. no dependen de la masa
  2. Densidad
  3. Presión
  4. Temperatura
2. Propiedades extensivas
  1. Energia interna
  2. Masa
  3. Volumen
  4. dependen de la masa
  5. éstas por unidad de masa se llaman:
    1. Propiedades especificas
      1. Volumen especifico
        v=V/m
      2. Energia total especifica
        e=E/m
1.6 ESTADO Y EQUILIBRIO
1. Equilibrio
  1. define un estado de balance
  2. Equilibrio mecánico
    1. se relaciona con la presión, y un sistema lo posee si con el tiempo no hay cambio de presión
  3. Equilibrio químico
    1. si su composición química no cambia con el tiempo, es decir, si no ocurren reacciones químicas.
  4. Equilibrio térmico
    1. En un estado de equilibrio no hay potencilaes desbalanceados (o fuerzas impulsoras) dentro del sistema
      1. no experimenta cambios cuando es aislado de sus alrededores
      2. Un sistema está en equilibrio térmico si tiene la misma temperatura en todo él
1.7 PROCESOS Y CICLOS
1. Proceso
  1. Cualquier cambio de un estado de equilibrio a otro experimentado por un sistema
  2. Trayectoria del proceso
    1. Serie por la que pasa un sistema durante este proceso
      1. Para describir completamente un proceso se debe especificar sus estados inicial y final
2. Ciclos
  1. Cuando el fluido se somete a diferentes procesos y vuelve a su estado original
    1. Las propiedades definen el estado de ese fluido
      1. Para medir o calcular estas propiedades, el fluido dentro del sistema debe encontrarse en una condición de equilibrio.
1.8 DENSIDAD
1. Esta magnitud de la materia, es una medida del grado de compactación de un material o sustancia
2. cantidad de masa por unidad de volumen
3. Densidad absoluta
  1. Se representa por ρ y sus unidades en el Sistema Internacional son el kilogramo por metro cúbico (kg/m3)
    1. Su formula se expresa, ρ=m/V
      1. ρ es la densidad
      2. m es la masa
      3. V es el volumen del determinado cuerpo
  2. varía con los cambios de presión y temperatura
4. Densidad relativa
  1. Es la relación existente entre la densidad de esa sustancia y la otra sustancia que se escoja de referencia
    1. Es una magnitud adimensional (sin unidades)
      1. ρr=ρ/ρ0
        ρr es la densidad relativa
        ρ es la densidad de la sustancia
        ρ0 es la densidad de la sustancia tomada de referencia
1.9 TEMPERATURA Y LA LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA
1. Ley cero de la termodinámica
  1. Establece que si dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio térmico entre sí
  2. o Ley del equilibrio térmico
2. Temperatura
  1. Percepción macroscópica de la energía interna de las moléculas de un cuerpo
  2. La temperatura que se usa en termodinámica es la temperatura absoluta
    1. La escala de temperatura termodinámica en el SI es la escala Kelvin
  3. Escalas
    1. La escala Kelvin se relaciona con la Celsius mediante
      1. T (K)= T (°C) + 273.15
    2. La escala Rankine se relaciona con la Fahrenheit mediante
      1. T (R) =T (°F) + 459.67
    3. Las escalas de temperatura en los dos sistemas de unidades se relacionan mediante
      1. T (R) =1.8T (K)
      2. T (°F)= 1.8T (°C) + 32
1.10 PRESIÓN
1. Fuerza normal que ejerce un fluido por unidad de área
  1. Se habla de presión sólo cuando se trata de gas o líquido
    1. Tiene como unidad los newtons por metro cuadrado (N/m2)
      1. También conocida como pascal (Pa)
        1 Pa = 1 N/m^2
    2. La presión también se usa para sólidos como sinónimo de esfuerzo normal
      1. Es la fuerza que actúa perpendicularmente a la superficie por unidad de área
2. La presión real en una determinada posición se llama presión absoluta
  1. se mide respecto al vacío absoluto
1.11 FORMAS DE ENERGÍA
1. Energía térmica
  1. se debe al movimiento de las partículas que constituyen la materia
    1. La transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura se denomina calor
2. Energía eléctrica
  1. Causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores
    1. produce, fundamentalmente, 3 efectos
      1. luminoso
      2. Térmico
      3. Magnético.
3. Energía radiante
  1. Poseen las ondas electromagnéticas
    1. la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioleta (UV), los rayos infrarrojo (IR), etc.
    2. se puede propagar en el vacío, sin necesidad de soporte material alguno.
4. Energía química
  1. Se produce en las reacciones químicas
    1. Una pila o una batería poseen este tipo de energía
5. Energía nuclear
  1. Energía almacenada en el núcleo de los átomos y que se libera en las reacciones nucleares de:
    1. fisión
      1. Fragmentación de un núcleo "pesado" (con muchos protones y neutrones) en otros dos núcleos de, aproximadamente, la misma masa, al mismo tiempo que se liberan varios neutrones.
    2. fusión
      1. Unión de varios núcleos "ligeros" (con pocos protones y neutrones) para formar otro más "pesado" y estable, con gran desprendimiento de energía

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