Notas del curso Electricidad y Calor, impartido durante el semestre 2015-1.

1. Electricidad y calor
5A-303

2. Temas
1. Temperatura. (E)
2. Primera Ley de la Termodinámica.
3. Teoría cinética de gases
4. Maquinas térmicas, Entropía y Segunda Ley de la Termodinámica.
5. Campos eléctricos. (E)
6. Ley de Gauss.
7. Potencial eléctrico.
8. Capacitancia y materiales dieléctricos.
9. Corriente y Resistencia. (E)
10. Circuitos de corriente directa.

3. Evaluación
 Exámenes (3) 35%
 Tareas 30%
 Participación 10%
 Laboratorio 20%
 Asistencia 5%
 Email: rbernal@correom.uson.mx
 WhatsApp: 6623066804

4. 1. Temperatura
 Conceptos: temperatura, termómetro (energía).
 Calor y radiación electromagnética.
 Dos objetos están en contacto térmico mutuo si entre ellos pueden
intercambiar energía por calor o radiación electromagnética
debido a una diferencia de temperatura.
 En equilibrio térmico, dos objetos no intercambian energía al estar
en contacto térmico.

5.  Ley cero de la termodinámica: “si los objetos A y B están por
separado en equilibro térmico con un tercer objeto C, entonces A y
B están en equilibrio térmico entre si.”
 Se puede considerar a la temperatura como la propiedad que
determina si un objeto esta en equilibrio térmico con otros objetos.

7. Examen Rápido (ER)
 Dos objetos, con diferentes tamaños, masas y temperaturas, se
ponen en contacto térmico. En que dirección viaja la energía?
 A) del objeto mas grande al objeto mas pequeño.
 B) del objeto con mas masa al que tiene menos masa.
 C) del objeto con mayor temperatura al objeto con menos
temperatura.

8.  Los termómetros son dispositivos que sirven para medir la temperatura.
 El termómetro de liquido se basa en la expansión de un liquido (ej. Hg)
al aumentar su temperatura.
 Calibración
 Mezcla de hielo y agua en equilibrio térmico a presión atmosférica. 0
(grados Celsius). “ punto de hielo del agua”.
 Mezcla de agua y vapor en equilibrio térmico a presión atmosférica.
100 (“ punto de vapor del agua”).
 100
100 divisiones cada división indica un cambio de 1°C
 0

9.  Termómetro de gas a volumen constante y escala absoluta de
temperatura.
P = Patm + rgh
P

11.  Escala absoluta de temperatura (K) punto cero: -273.15°C
 Cero absoluto
T = Tc + 273.5
Tc = T – 273.5
Tc = temperature Celsius
T = temperature absoluta K
Escala Kelvin
La escala absolta de temperatura toma como referencia el cero
absoluto y el punto triple del agua (0.01 °C y 4.58 mmHg)
273.16K

12.  Escala Farenheit
 Punto del hielo punto de vapor
32 212
TF = 32
Tc = 32

15. Expansión térmica de
solidos y líquidos.

16. Si la expansión térmica es pequeña
comparada con las dimensiones iniciales.

17. Para expansión volumétrica
Tarea
Demuestreque
Considere una cajasolidade dimensionesinicialesl, w,h

18. Coeficiente de Expansión Lineal
Material Promedio, α (°C)¯¹
Aluminio 29 10
Latón y Bronce 19 10
Concreto 12 10
Cobre 17 10
Vidrio (ordinario) 9 10
Vidrio (pyrex) 3.2 10
Invar (aleación Ni-Fe) 0.9 10
Acero 11 10
Acetona 1.5 10
Alcohol etílico 1.12 10
Benceno 1.24 10
Gasolina 9.6 10
Glicerina 4.85 10
Mercurio 1.82 10
Trementina 9.0 10
Aire a 0°C 3.67x10¯³
Helio 3.665x10¯³

19. Para los gases, la expansión se
considera a presión constante

20. Considere los siguientes pares de materiales.
¿Cuál par representa dos materiales, uno de
los cuales esta el doble de caliente que el
otro?
A) Agua en ebullición a 100°C, un vaso con agua a 50°C
B) Agua en ebullición a 100°C, metano congelado a -50°C
C) Un cubo de hielo a -20°C, llamas de un traga juego de arco a 233°C
D) Ninguno de estos pares.

21. Ejemplo
Un día la temperatura alcanza 50 °F. ¿Cuál es la temperatura en °C y en K?
= + 273.15 = 283
=
5
9
− 30 =
5
9
50 − 32 = 10°

22. Pregunta. Si se le pide hacer un termómetro de vidrio muy sensible, ¿Cuál de los
siguientes líquidos usaría?
A) Mercurio
B) Alcohol
C) Gasolina
D) Glicerina

23. Tira bimetálica

24. Dos esferas se elaboran del mismo material, y tienen el mismo radio, pero una es
hueca y la otra es solida. Las esferas se someten al mismo aumento de temperatura
¿Cuál se expande mas?
A) La esfera solida
B) La hueca
C) Ambas se expanden en la misma cantidad
D) No hay suficiente información para decirlo.

25. Para los gases, la expansión se
considera a presión constante

26. Ejemplo:
 Un segmento de vía de ferrocarril de acero tiene una
longitud de 30 km cuando la temperatura es de 0 °C. ¿
Cual es la longitud cuando la temperatura es de 40 °C?
 Solución : 30.013m

27.  El esfuerzo térmico es el mismo que el esfuerzo de tensión
en la situación donde la vía se expande libremente y
después se comprime con una fuerza mecánica f de
regreso a su longitud original.

28.  Esfuerzo de tensión = =
∆
= (
.
,
)
 =(8.7x107

29. Ejemplo:
 Un dispositivo tiene dos tornillos unidos a diferentes partes
del dispositivo que casi se tocan entre sí en su interior.
Como en la figura . Los tornillos de acero y latón están a
diferentes potenciales eléctricos y , si se tocan , se
desarrollará un corto circuito que dañará el dispositivo.
La separación inicial entre los tornillos es de 50 a 27°C .
¿ A qué temperatura se tocarán los tornillos ? Suponga
que la distancia entre paredes no es afectada por el
cambio de temperatura.

30. 0.010m 0.030 m

31. Solución:
 ∆Llat + ∆Lac =d


 T = 27 °C +7.4 °C =34 °C

33. Descripción macroscópica de un
gas ideal
1 mol =
NA = 6.022x1023 componentes
EL numero de moles en ma masa m:
N=
M= masa molar
Ej. Para el He, M= 4.00 g/mol

36. Ley de Boyle

37. Ley de Charles

38. Ley de Gay - Lussac
Ecuación de Estado (Ley) de Gas Ideal
R= constante universal de los gases
R= 8.314 J/mol.k
R= 0.08206 L.atm/mol.k

39. • El volumen ocupado por un mol de gas a
presión atmosférica y a 0 °C (273K) es de 22.4L
RT = NKT
N -> Numero total de moléculas en el gas
= K = 1.38x10-23 J/K
Constante de Boltzmann
P,V,T = Variables termodinámicas de un gas ideal