Este documento presenta información sobre un curso de física. Incluye citas de varios autores famosos y explica conceptos clave de la física como la mecánica clásica, la termodinámica, y las divisiones de las ciencias naturales.

1. CURSO PREICFES 2012
ASIGNATURA: FISICA
PROFESOR: RUDDY REALES FERRIGNO-VLADIMIR
MOLINA MASS- JUAN CARLOS SOCHA MARSHALL
ING : MECÁNICO

2. “Un hombre que no arriesga nada por sus ideas, o no valen nada sus
ideas, o no vale nada el hombre“
PLATÓN
“Ya lo dijo otro, el peor fracaso es la perdida del entusiasmo”
HÉCTOR A. GARCÍA
Si quieres que algo este bien hecho, por favor no envíes a nadie, ya te lo
han dicho un montón de veces, vete y hazlo tu mismo.
HÉCTOR A. GARCÍA
La inspiración existe, pero tiene que encontrarte trabajando...
PABLO PICASSO
El hombre bien preparado para la lucha ya ha conseguido medio triunfo.
MIGUEL DE CERVANTES
Tu quieres ser sabio? Estudia en tí mismo, habla poco, piensa alto, mira
hondo, observa siempre y aprende de todos.
JOAQUÍN TRINCADO

3. LO DIJO SIMÓN BOLÍVAR
“Para el logro del triunfo siempre ha sido indispensable
pasar por la senda de los sacrificios”
"Para ir delante de los demás, se necesita ver más que
ellos"

4. CIENCIAS NATURALES
DIVISIONES
FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA
COMPONENTES
MECÁNICA CLÁSICA
TERMODINÁMICA
TERMODINÁMICA
E. ONDULATORIOS
E. ELECTROMAGNÉTICOS

5. Un cubito de hielo sobre una mesa
Equilibrio mecánico
ΣF = 0
Funde al cabo de un tiempo
Proceso inexplicable en el contexto de la mecánica.
Es necesario introducir nuevos conceptos (Temperatura,
transformación de calor, etc.) y desarrollar nuevas teorías
(métodos de trabajo): Termodinámica, Mecánica Estadística.

6. SUPONGAMOS UNA CANTIDAD PEQUEÑA DE GAS ( 5 g.)
23
Muchísimas moléculas, aprox. 10 moléculas
100000’’’000000’’000000’000000 de moléculas
¿Es razonable hacer uso de las ecuaciones de Newton y de la
dinámica de los sistemas de partículas?
Métodos Mecánica estadística : conectar valores promedios
con diferentes magnitudes (T., presión, etc.)

7. TERMODINÁMICA
Rama de la Física que estudia los efectos de los
cambios de la temperatura, presión y volumen de
los sistemas físicos a un nivel macroscópico.
Describe cómo los sistemas responden a los cambios en su entorno
Su interpretación en términos de promedios ayuda
a entender lo que ocurre.
Magnitudes macroscópicas utilizadas:
Temperatura, número de moles, Energía Interna,
Entropía, presión, volumen, todas son variables de
estado (T, n, U, S, P y V)

8. ¿Qué es la termodinámica?
La parte de la FÍSICA que
estudia las transformaciones
del calor en energía mecánica y
viceversa.

9. 1.Conceptos fundamentales
Sistema Termodinámico: porción del universo dentro de una
superficie cerrada ( borde) que lo separa del entorno
Entorno
Universo
Sistema Borde o
frontera
Estado de un sistema: Se especifica por los valores de
ciertas magnitudes medibles experimentalmente
(P, V, T..)Funciones de estado

10. CLASES DE SISTEMAS TÉRMICOS
SISTEMA AISLADO SISTEMA ADIABÁTICO
Tienen energía y masa Categoría especial de los
constante debido a que sus sistemas aislados en el cual
fronteras son no se puede intercambiar
- rígidas, por lo que no calor con el entorno, pero se
permiten el intercambio de puede transferir energía a
energía mecánica; través de las fronteras del
- perfectamente aisladas, sistema en forma de trabajo
impidiendo el flujo de calor;
- impermeables al .
intercambio de materia.
SISTEMA CERRADO SISTEMA ABIERTO
Transferencia de energía Transferencia tanto de
hacia dentro o hacia afuera energía como de materia
del sistema hacia dentro o hacia afuera
-no hay intercambio de del sistema. El sistema
materia. puede estar abierto a una
-Tienen masa y especie o varias especies
composición constante, químicas.
pero niveles de energía La mayoría de los sistemas
variables. geológicos son abiertos.

11. Equilibrio térmico y temperatura.
Ley cero
 Cuando dos sistemas no aislados se ponen en contacto térmico el
estado evoluciona hacia un equilibrio térmico
 Ley cero: cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con
un tercero también lo están entre sí.

16. Calor y Temperatura
La energía térmica es la
La temperatura depende de la
suma de las energías de
media de las energías cinéticas
todas las partículas de un
de las partículas de un cuerpo.
cuerpo.
Calor= E1+E2+E3+…..En Temperatura ~ Energía cinética media

17. CALOR Y TEMPERATURA
El calor no es otra cosa que El calor es una forma más de
un movimiento vibratorio de energía.
las partículas del cuerpo.
Julius Lothar von Mayer
Benjamín Thompson
El calor no sólo es capaz de La temperatura es una
aumentar la temperatura o medida del nivel de esa
modificar el estado físico de agitación térmica o interna de
los cuerpos, sino que además las partículas que constituyen
puede moverlos y realizar un un cuerpo, nivel expresado
trabajo. por el valor de su energía
cinética media.
James Prescott Joule

20. Fundamento del termómetro.
Podemos observar que
al calentar el agua
coloreada del
recipiente ésta sube
por la columna.
Esta experiencia
funciona incluso con el
calor de las manos.
Agua o alcohol
coloreados.

23. ¿Qué es el cero absoluto de temperatura?
El cero absoluto de temperatura (0K) es la temperatura más baja que
teóricamente se puede alcanzar. En el cero absoluto las partículas del cuerpo
o sustancia están paradas. Esto es, no tienen energía cinética.
0K= -273ºC.

31. ¿Los sólidos se dilatan al calentarlos?
Experiencia: Se introduce vapor de agua por el interior de un tubo de hierro.
Observa lo que sucede y saca las conclusiones oportunas.
0
vapor

32. DILATACIÓN LINEAL
 Aumento de longitud.
Lo
ΔL
L
L = Lo + ΔL
Lo = longitud inicial L = longitud final ΔL = Cambio de longitud
ΔL = α Lo ΔT
α = Coeficiente de dilatación lineal

33. DILATACIÓN SUPERFICIAL
Aumento de área. ΔA
Ao A
Ao + ∆A
Ao = área inicial A = área final
β = Coeficiente de dilatación superficial
ΔA = β Ao ΔT

34. DILATACIÓN VOLUMETRICA
Vo = Volumen inicial
V = volumen final
ΔV = Cambio de volumen
δ = Coeficiente de dilatación volumétrica
ΔV = δ V ΔTo
Vo + ∆V
∆V
Vo

35. LOS LIQUIDOS
 DILATACIÓN EN LOS LIQUIDOS  DILATACIÓN IRREGULAR DEL
Su importancia radica en el cambio de AGUA:
volumen. Cuando la temperatura del agua
aumenta entre 0º y 4ºC, su volumen
disminuye. Al hacer que su
temperatura se eleve a más de 4ºC, el
 DILATACION APARENTE:
agua iniciará su proceso normal de
Se refiere al cambio aparente que sufre dilatación.
un líquido al someterlo a altas
temperaturas, teniendo en cuenta que
el recipiente que lo contiene sufrirá
también un cambio debido a dicha
temperatura

36. DILATACIÓN ANÓMALA DEL AGUA
ENTRE 0 Y 4ºC EL AGUA LÍQUIDA SE CONTRAE AL SER CALENTADA, Y
SE DILATA POR ENCIMA DE LOS 4ºC.
Densidad (g/cm3)
3
La densidad del agua tiene un máximo a 4ºC, allí su valor es de 1 000 kg/m .
A cualquier otra temperatura su densidad es menor.

37. Los gases también se dilatan al calentarlos
Hagamos la siguiente
experiencia y
observaremos que al
calentar suavemente el
aire del recipiente de
cristal el globo se
hincha sólo.
Conclusión: Los gases
se dilatan con el calor.
Aire

39. EN LOS CAMBIOS DE ESTADO O FASE, LA TEMPERATURA NO CAMBIA, SE MANTIENE
CONSTANTE.
Q
Calor latente de fusión Calor de sublimación Calor de vaporización L=
m

41. CAPACIDAD TÉRMICA Y CALOR ESPECÍFICO
∆Q
CAPACIDAD TÉRMICA = C =
∆T
Es una característica de cada cuerpo y representa su capacidad de recibir
o ceder calor variando su energía térmica
∆Q C
CALOR ESPECÍFICO = c= =
m(∆T ) m
Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de
masa de una sustancia en un grado

42. TABLA DEL CALOR ESPECÍFICO DE ALGUNAS
SUSTANCIAS
c agua = 1 cal/g.°C c hierro = 0,114 cal/g.°C
c hielo = 0,5 cal/g.°C c latón = 0,094 cal/g.°C
c aire = 0,24 cal/g.°C c mercurio = 0,033 cal/g.°C
c aluminio = 0,217 cal/g.°C c cobre = 0,092 cal/g.°C
c plomo = 0,03 cal/g.°C c plata = 0,056 cal/g.°C
cal Q
g.°C m.T

43. Para definir un patrón de gas que sirva para establecer reglas de
comportamiento se crea el concepto de gas ideal, este gas ideal
cumple las condiciones siguientes:
 Ocupa el volumen del recipiente que lo contiene.
 Está formado por moléculas.
 Estas moléculas se mueven individualmente y al azar en todas
direcciones.
 La interacción entre las moléculas se reduce solo a su choque.
 Los choques entre las moléculas son completamente elásticos
(no hay pérdidas de energía).
 Los choque son instantáneos (el tiempo durante el choque es
cero).
Los gases reales, siempre que no estén sometidos a condiciones
extremas de presión y temperatura, cumplirán muy
aproximadamente las reglas establecidas para los gases ideales.

44. Ecuación de los gases ideales
PV = nRT
R = 8.3143 J / mol º K
Número de moles R = 0.082 atm ⋅ l / mol º K
Constante de los gases
R = NA k
k = 1.831×10 −23 J / K
Constante de
N A = 6.23 ×10 23 Número Boltzmann
de Avogadro

47. La radiación.
El calor es una forma de radiación como la luz pero de longitud de onda más larga, radiación
infrarroja.
Como tal radiación es capaz de transmitirse como la luz, sin el soporte de ningún medio
material y de ser reflejado. Es de esta forma como el calor del sol llega a la tierra.
Radiación infrarroja

48. La conducción del calor.
Hagamos la siguiente experiencia:
Calentaremos con un mechero una barra de hierro a la cual hay sujetas con
cera unas puntas o unos clips.
Observa lo que sucede y saca las conclusiones oportunas.

50. La convección del calor.
Introduce en un recipiente con agua unas virutas de un material que se
hunda en el agua pero que no sea muy pesado. Enciende el hornillo eléctrico y
espera un poco a ver lo qué sucede.
¿Puedes explicar
este fenómeno?
¿Qué demuestra
esta experiencia?

51. La convección: La calefacción y la refrigeración.
Si te has fijado los aparatos de calefacción se colocan abajo, mientras que los de aire
acondicionado se ponen altos. Seguro que si has entendido los procesos de convección
sabrás por qué.

52. La convección: La calefacción y la refrigeración.
Si te has fijado los aparatos de calefacción se colocan abajo, mientras que los de aire
acondicionado se ponen altos. Seguro que si has entendido los procesos de convección
sabrás por qué.

53. TERMODINÁMICA II
Equivalencia entre calor y trabajo
Energía interna
Primer principio de la termodinámica
Segundo principio de la termodinámica
Máquinas térmicas

54. EQUIVALENCIA CALOR-TRABAJO.
 A principios del siglo XIX se pensaba que el calor era
una sustancia fluida material que pasaba de unos
cuerpos a otros (teoría del “calórico”).
 Joule demostró que el calor era una forma de energía y
calculó la equivalencia entre la caloría (unidad de
calor) y el julio (unidad de trabajo-energía).
1 J = 0,24 cal ; 1 cal = 4,18 J

55. APARATO DE JOULE PARA TRANSFORMAR TRABAJO EN
CALOR Y OBTENER EL EQUIVALENTE MECÁNICO DEL
CALOR
1 J = 0,24 cal 1 cal = 4,18 J

56. ENERGÍA INTERNA (U)
 Es la energía total de las partículas que constituyen un sistema.
 Es igual a la suma de todas las energías de rotación, traslación, vibración
y enlace entre los átomos que constituyen las moléculas.
 Es una magnitud “extensiva”, es decir, depende de la masa del sistema.
 Es muy difícil de medir. En cambio es fácil determinar la variación de
ésta (∆U).

57. 1ER. PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
Convención de signos:
+q -q
CALOR CALOR
Q>0 Q<0 +w
SISTEMA
TRABAJO TRABAJO -w
W< 0 W>0
Un sistema pierde energía interna (∆U < 0) si cede calor o
realiza un trabajo y gana energía interna (∆U > 0) si absorbe
calor o el exterior ejerce un trabajo sobre él.
∆ U=Q─W

58. Principios de la termodinámica
PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
En toda transformación que experimenta un sistema cerrado, la
diferencia entre el calor intercambiado con el medio exterior y el
trabajo realizado por el sistema, es un valor constante.
ΔU=Q - W

59. TIPOS DE PROCESOS
ADIABÁTICOS: (Q = 0, aislado térmicamente)
ΔU = Q – W ΔU = – W
ISÓCOROS: (V = constante, vuelve a su estado inicial)
Como ∆V = 0 ⇒ W = 0
ΔU = Q – W ∆U = Q
ISOBÁRICOS: (p = constante)
∆ U = Qp – W
ISOTÉRMICOS: (T = constante)(ΔU = 0)
La energía solo depende de T, no de V y P.
ΔU = Q – W 0=Q–W Q=W

60. Transformación isobárica
 Presión constante.
 Gay-Lussac: p (V2 - V1) = n R (T2 - T1)

61. Transformación isocórica
 Volumen constante.

62. Transformación isotérmica
 Temperatura constante.
ISOTERMA
 Boyle-Mariotte: p1 V1 = p2 V2 = nRT = cte

63. Transformación adiabática
 Calor constante.
 Ecuación de Poisson: p Vγ = cte

64. TRANSFORMACIONES
DE LOS GASES
PROCESO PROCESO PROCESO
ADIABATICO PROCESO ISOTERMICO ISOCORO
ISOBARICO
NO EXISTE
A PRESIÓN A TEMPERATURA A VOLUMEN
TRANSFERENCIA
CONSTANTE CONSTANTE CONSTANTE
DE CALOR
p p p p
v v v v

65. PO .VO P.V
=
TO T

66. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA
TERMODINÁMICA.
 Todo el trabajo que se suministra a un sistema
puede almacenarse como calor.
 Sin embargo, el proceso contrario no es
posible: “No todo el calor suministrado o
absorbido por el sistema y que hace aumentar
U del mismo, puede recuperarse en forma de
trabajo” ya que parte del calor se emplea en
calentar un foco frío.

67. Diagrama esquemático de una
máquina térmica
 De los principios anteriores se deduce que para construir una
máquina térmica se necesitan dos focos a distintas
temperaturas que faciliten la transmisión de calor, en cuyo
camino se situará el fluido que mediante transformaciones
termodinámicas transformará parte del calor absorbido en
trabajo mecánico.

68. Diagrama esquemático de una
máquina térmica
Foco caliente
Q1 Calor cedido por foco caliente
y recibido por el fluido
Rendimiento:
Fluido Trabajo realizado por
η = Q1 – Q2 / Q1 el fluido W=Q1-Q2
Q2 Calor recibido por foco frío
desde el fluido
Foco frío

69. Ciclo termodinámico de Carnot
 Es el ciclo termodinámico ideal del que se podría
obtener máximo rendimiento teórico de una máquina
térmica.
 Es un ciclo reversible, ideal, y no es posible ejecutarlo
físicamente con ninguna máquina térmica.
 El ciclo de Carnot está formado por dos
transformaciones isotérmicas y dos transformaciones
adiabáticas.

70. Ciclo termodinámico de Carnot

72. Funcionamiento de una central
térmica

74. En la siguiente gráfica se observa el comportamiento del volumen de 1 g de
agua cuando se le aplica calor a presión atmosférica.
De acuerdo con la información contenida en la gráfica la temperatura para la
cual la densidad del agua es máxima es
A. 8oC
B. 16oC
C. 0oC
D. 4oC

75. ideales. La masa de cada molécula del gas del primer
recipiente es m 1 y la rapidez promedio de esas moléculas es
V 1 . Para el gas del recipiente 2 estas magnitudes
correspondientemente valen m 2 y V 2 , cumpliéndose que m 1 >
m 2 y V 1 >V 2 . Los recipientes contienen iguales cantidades de
moléculas
2. Acerca de las presiones y temperaturas de estos gases se
puede afirmar que
A. las presiones son iguales pero T 1 es mayor que T 2
B. las presiones son iguales pero T 1 es menor que T 2
C. P 1 es mayor que P 2 y T 1 es mayor que T 2
D. P 1 es menor que P 2 y T 1 es menor que T 2

76. En la preparación de una sopa se utilizan ingredientes con
masa mi y con un calor específico promedio C i,. Además de
los ingredientes se añade una masa m de agua cuyo calor
específico es C .
La energía que hay que cederle a la sopa para llevarla desde
la temperatura ambiente To, hasta su punto de ebullición , Te
es

83. Dentro de una caja hermética, de paredes totalmente
aislantes y al vacío, se halla un trozo de hielo a -20 o C.
La caja contiene una bombilla inicialmente apagada
Mientras la bombilla permanece apagada la gráfica que
muestra la temperatura del hielo en función del tiempo es

84. Estando el trozo de hielo a -20oC se enciende la
bombilla. A partir de este instante, acerca de la
temperatura del trozo de hielo se puede afirmar
que
A. no cambia, puesto que no hay materia entre la
bombilla y el hielo para el intercambio de calor
B. va aumentando, porque la radiación de la bombilla
comunica energía cinética a las moléculas del hielo
C. no cambia puesto que no hay contacto entre la
superficie de la bombilla y la del hielo
D. aumenta, porque la luz de la bombilla crea nueva
materia entre la bombilla y el hielo, que permite el
intercambio de calor