CONCEPTOS BASICOS DE TERMODINAMICA

CONCEPTOS

PESO: El peso es la fuerza con que un cuerpo se mantiene firme en la tierra, es decir, está determinado por la gravedad e incluso desaparece si ésta se anula. Un cuerpo posee un peso mucho menor en la Luna que en la Tierra, y en el espacio exterior carece de él.

El peso es una fuerza que depende de la atracción gravitacional. En términos de física clásica, la fuerza peso que actúa sobre un cuerpo es la fuerza de atracción que un campo gravitacional aplica sobre el mismo (sobre el cuerpo)

El peso, por lo tanto, siendo una fuerza, se mide en Newton (N)

El peso puede ser calculado multiplicando la masa por el valor de la aceleración de la gravedad

P = m.g

P es peso

m es masa

g es la aceleración de la gravedad

MASA: La masa es una medida de la cantidad de materia en un objeto. Es una propiedad extensiva de la materia, y aunque a menudo se usa como sinónimo de Peso, son cantidades diferentes, ya que la masa es una magnitud escalar y el peso es una magnitud vectorial, definiéndose como la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto. La masa de un cuerpo es constante y no depende de la situación gravitatoria en la que se encuentre, en cambio el peso va a variar dependiendo de la gravedad a la que se someta el cuerpo en cuestión. La masa puede ser fácilmente determinada empleando cualquier tipo de balanza, y su unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el Kilogramo (kg.), siendo el gramo la unidad más frecuente en química.

1kg. = 1000g = 1 x 10^2 g.

FUERZA: La fuerza es la magnitud vectorial por la cual un cuerpo puede deformarse, modificar su velocidad o bien ponerse en movimiento superando un estado de inercia e inmovilidad. Básicamente el poder o influencia de la fuerza se centra en la capacidad de modificar el estado de movimiento o de reposo que ya ostente un cuerpo x.

Si bien Arquímedes, o Galileo Galilei por el otro lado, fueron los primeros en experimentar y formular las primeras apreciaciones sobre la fuerza, será Isaac Newton quien formule matemáticamente la mejor definición de fuerza y la que predomina hasta nuestros días.

Existen cuatro fuerzas fundamentales del universo, la gravitatoria, la electromagnética, la interacción nuclear fuerte y la interacción nuclear débil.

La primera es la fuerza de atracción que ejerce una masa por sobre otra y atañe a todos los cuerpos sin excepción. La segunda y como su denominación nos propone, es la que afecta a los cuerpos eléctricamente cargados, esta tiene mucho que ver en las transformaciones físicas y químicas de los átomos y moléculas y puede tener un sentido atractivo y otro repulsivo. La nuclear fuerte es por la cual se mantienen unidos los núcleos atómicos y por último la nuclear débil tiene como resultado la desintegración beta de los neutrones.

TRABAJO: Es la cantidad de fuerza multiplicada por la distancia que recorre dicha fuerza. Esta puede ser aplicada a un punto imaginario o a un cuerpo para moverlo. Pero hay que tener en cuenta también, que la dirección de la fuerza puede o no coincidir con la dirección sobre la que se está moviendo el cuerpo. En caso de no coincidir, hay que tener en cuenta el ángulo que separa estas dos direcciones.

T = F. d. Cosα

Por lo tanto. El trabajo es igual al producto de la fuerza por la distancia y por el coseno del ángulo que existe entre la dirección de la fuerza y la dirección que recorre el punto o el objeto que se mueve.

CALOR: Se define como energía transferida entre dos cuerpos o sistemas, se puede asociar al movimiento de los átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia. El calor puede ser generado por reacciones químicas (como en la combustión), reacciones nucleares (como en la fusión nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior del sol), disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción). Su concepto está ligado al Principio Cero de la Termodinámica, según el cual dos cuerpos en contacto intercambian energía hasta que su temperatura se equilibre.

DENSIDAD: Densidad, del latín densĭtas, es la característica propia de denso. Este adjetivo, a su vez, refiere a algo que dispone de una gran cantidad de masa en comparación a su volumen; que es tupido o macizo; que tiene un importante nivel de contenido o es muy profundo en una dimensión reducida; o que resulta indefinido y poco claro.

En el ámbito de la química y de la física, la densidad es la magnitud que refleja el vínculo que existe entre la masa de un cuerpo y su volumen. En el Sistema Internacional, la unidad de densidad es el kilogramo por metro cúbico (conocido por el símbolo kg/m3).

Un kilogramo de bronce, por ejemplo, ocupará un espacio mucho menor que un kilogramo de plumas. Esto se explica a partir de la densidad: el bronce es más denso (tiene más masa en menos volumen) que las plumas. Las diferencias de densidad permiten que existan objetos pesados pero pequeños y objetos livianos pero muy grandes.

La densidad, es una de las propiedades más características de cada sustancia.

Es a masa de la unidad de volumen.

Se obtiene dividiendo una masa conocida de la sustancia entre el volumen que ocupa.

Llamando m a la masa, y v al volumen, la densidad, d, vale:

d= m/v.

Unidades.

En el Sistema Internacional la unidad de densidad es el kg (Unidad de masa) entre el m3 (unidad de volumen). Es decir, el kg/cm3

Sin embargo es muy frecuente expresar la densidad en g/cm3 (Unidad cegesimal).

PESO ESPECÍFICO: El peso específico de una sustancia es el peso de la unidad de volumen.

Se obtiene dividiendo un peso conocido de la sustancia entre el volumen que ocupa.

Llamando p al peso y v al volumen, el peso específico, Pc, vale:

Pc= p/v

Unidades.

Sistema Internacional.

La unidad de peso específico es el N/m3; es decir, el newton (Unidad de fuerza y, por tanto, de peso) entre el m3 (Unidad de volumen).

Sistema Técnico.

Se emplean el kp/m3 y el kp/dm3.

Sistema Cegesimal.

Se utilizaría la dina/cm3, que corresponde a la unidad del sistema internacional.

RELACIÓN ENTRE EL PESO ESPECÍFICO Y LA DENSIDAD.

El peso específico y la densidad son evidentemente magnitudes distintas como se ha podido comparar a través de las definiciones que se dieron en la parte de arriba, pero entre ellas hay una íntima relación, que se va a describir a continuación.

Se recordará que el peso de un cuerpo es igual a su masa por la aceleración de la gravedad:

P= m . g

Pues bien, sustituyendo esta expresión en la definición del peso específico y recordando que la densidad es la razón m/V, queda:

Pe= p/v= m.g /V = m/V . g = d.g

El peso específico de una sustancia es igual a su densidad por la aceleración de la gravedad.

Como hemos mencionado las unidades, la unidad clásica de densidad (g/cm3) tiene la ventaja de ser un número pequeño y fácil de utilizar.

Lo mismo puede decirse del kp/cm3 como unidad de peso específico, con la ventaja de que numéricamente, coincide la densidad expresada en g/cm3 con el peso específico expresado en kp/dm3.

VALORES DE DENSIDADES.

Aluminio:

Densidad (kg/m3): 2698,4; (20 ºC)

Plástico:

Densidad (0,910 g/cc) plástico.

Polietileno:

El polietileno, un plástico más común, se recalienta a .160°C de los más livianos con una densidad de 0,905 gr.

Vidrio:

Densidad= 650 °C (1200 °F).

VOLUMEN ESPECÍFICO: El volumen específico ( ) es el volumen ocupado por unidad de masa de un material. Es el inverso de la densidad, por lo cual no dependen de la cantidad de materia. Ejemplos: dos pedazos de hierro de distinto tamaño tienen diferente peso y volumen pero el peso específico de ambos será igual. Este es independiente de la cantidad de materia que es considerada para calcularlo. A las propiedades que no dependen de la cantidad de materia se las llama propiedades intensivas; dentro de estas están también por ejemplo el punto de fusión, punto de ebullición, el brillo, el color, la dureza, etc.

Donde, es el volumen, es la masa y es la densidad del material.

Se expresa en unidades de volumen sobre unidades de masa.

Ejemplo: .

Volumen específico para un gas ideal

Para un gas ideal también se verifica la siguiente ecuación:

Donde, es la constante universal de los gases ideales, es la masa molar del gas, es la temperatura y es la presión del gas.

Volumen específico del aire húmedo

En sicrometría, el volumen específico son los metros cúbicos de aire húmedo que corresponden a un kilogramo de aire seco y es utilizado para el estudio del aire húmedo en el dimensionamiento de sistemas de aire acondicionado.

VOLUMEN MOLAR: Es el volumen que ocupa un mol de cualquier gas en condiciones normales de temperatura y presión y equivale a 22.4 litros. Este volumen es igual al de un cubo que mide 28. 2 cm por lado.

22.4 litros es el volumen que ocupa un mol de cualquier gas en condiciones normales

Condiciones Normales:

Temperatura = 0 °C = 273 °K

Presión = 1 atmósfera = 760 mmHg

El volumen molar contiene el número de Avogadro de moléculas del gas. Así, tomando como ejemplo al oxígeno:

1 mol de O2 = 32 g. = 22.4 litros en CN = 6.023 X 10 23

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