CONCEPTOS, DEFINICIONES Y PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA ENERGÍA Y LA MATERIA..

1. TERMODINAMICA
CONCEPTOS DEFINICIONES
Y PRINCIPIOS BASICOS
ASESOR EVALUADOR
ING. WILLIAM RUBER
VELAZQUEZ

3. En física y química observa que, para cualquier sustancia o elemento material,
modificando sus condiciones de temperatura o presión, pueden obtenerse distintos
estados o fases, denominados estados de agregación de la materia, en relación con las
fuerzas de unión de las partículas (moléculas, átomos o iones) que la constituyen. Estados
de agregación, todos con propiedades y características diferentes, y aunque los más
conocidos y observables cotidianamente son cuatro, las llamadas fases sólida, líquida,
gaseosa y plasmática, también existen otros estados observables bajo condiciones extremas
de presión y temperatura.

4. La materia se clasifica en homogénea y heterogénea.
La materia homogénea es la que presenta una composición uniforme, en la
cual no se pueden distinguir a simple vista sus componentes; en muchos casos,
no se distinguen ni con instrumentos como el microscopio. Por ejemplo: el agua,
la sal, el aire, la leche, el azúcar y el plástico.
La materia heterogénea es aquella cuyos componentes se distinguen unos de
otros, tal es el caso de la madera, el mármol, una mezcla de agua con aceite, o
bien de frutas, entre otros.

5. 1. Masa 2. Porosidad
3. Volumen 4. La inercia
5. Peso 6. La impenetrabilidad.
7. Divisibilidad 8. La movilidad
9. Elasticidad

6. A bajas temperaturas, los materiales se presentan como cuerpos de forma
compacta y precisa; y sus átomos a menudo se entrelazan formando
estructuras cristalinas definidas, lo que les confiere la capacidad de soportar
fuerzas sin deformación aparente. Los sólidos son calificados generalmente
como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas de atracción son mayores que
las de repulsión. La presencia de pequeños espacios intermoleculares
caracteriza a los sólidos dando paso a la intervención de las fuerzas de enlace
que ubican a las celdillas en una forma geométrica.
Las sustancias en estado sólido presentan las siguientes características:
• Forma definida
• Incompresibilidad (no pueden comprimirse)
• Resistencia a la fragmentación
• Fluidez muy baja o nula
• Algunos de ellos se subliman (yodo)
• Volumen constante

7. Si se incrementa la temperatura el sólido va "descomponiéndose"
hasta desaparecer la estructura cristalina, alcanzando el estado
líquido. Característica principal: la capacidad de fluir y adaptarse a
la forma del recipiente que lo contiene. En este caso, aún existe
cierta unión entre los átomos del cuerpo, aunque mucho menos
intensa que en los sólidos.
El estado líquido presenta las siguientes características: • Cohesión
menor.
• Movimiento energía cinética.
• No poseen forma definida.
• Toma la forma de la superficie o el recipiente que lo contiene.
• En el frío se comprime.
• Posee fluidez a través de pequeños orificios.
• Puede presentar difusión

8. Incrementando aún más la temperatura se alcanza el estado gaseoso. Las
moléculas del gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son
capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos.
El estado gaseoso presenta las siguientes características
• Cohesión casi nula.
• Sin forma definida.
• Su volumen es variable dependiendo del recipiente que lo contenga.
• Pueden comprimirse fácilmente.
• Ejercen presión sobre las paredes del recipiente contenedor.
• Las moléculas que lo componen se mueven con libertad.
• Ejercen movimiento ultra dinámico.
• Tienden a dispersarse fácilmente

9. Un cambio de estado es
una modificación en el
estado de agregación de
la materia, es decir, en la
disposición de las
partículas que la
constituyen, no en su
tipo (la sustancia sigue
siendo la misma)

10. FORMAS DE ENERGIA
 Desde una perspectiva científica, podemos entender la
vida como una compleja serie de transacciones
energéticas, en las cuales la energía se transforma de
una forma a otra, o transferida de una objeto a otro.

11. TRABAJO
 Se define el trabajo de una fuerza constante a lo largo de
una trayectoria para mover de un punto a otro punto.
 Es una forma de transmisión de energía entre los cuerpos
 Su unidad de medida es el JULIO (J).
 Ϯ=
ƒ.cosΘ


12. POTENCIA
 "Cantidad de energía producida o consumida por
unidad de tiempo“.
 Se dice que existe una potencia mecánica de un (W)
cuando se realiza un trabajo de un (J) en un segundo
(S)
 Su unidad de medida es el WATT (W)
 ρ= T/s

13. ENERGIA
 Es la capacidad para realizar un trabajo, en
el cual se compromete la aplicación de la
fuerza y presencia de movimiento.
 Esta capacidad puede estar dada por la
posición o por las velocidad de sus masas.
 Se representa en diferentes formas.

14. Formas de energía
 Energía mecánica
 Energía cinética
 Energía potencial
 Energía sonora
 Energía calorífica
 Energía luminosa
 Energía eléctrica
 Energía química
 Energía magnética

15. Energía mecánica
 La energía mecánica es la energía que se debe a la
posición y al movimiento de un cuerpo, por lo tanto, es
la suma de las energías potencial y cinética de un
sistema mecánico. Expresa la capacidad que poseen los
cuerpos con masa de efectuar un trabajo.
 Еm =Ec + Ep

16. Energía cinética
 la energía cinética de un cuerpo es aquella energía
que posee debido a su movimiento. Se define como
el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una
masa determinada desde el reposo hasta la velocidad
indicada.

17. Energía potencial
 energía potencial es la energía que mide la capacidad
que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en
función exclusivamente de su posición o
configuración. Puede pensarse como la energía
almacenada en el sistema, o como una medida del
trabajo que un sistema puede entregar.

18. Energía sonora
 La energía sonora (o energía acústica) es la energía
que transmiten o transportan las onda sonoras.
Procede de la energía vibracional del foco sonoro
y se propagan en partículas del medio “aire” que
atraviesan en forma de energía cinética (movimiento
de las partículas), y de energía potencial (cambios
de presión producidos en dicho medio o presión
sonora).

19. Energía calorífica
 La energía térmica (también energía calórica o energía
calorífica) es la manifestación de la energía en forma
de calor.
 La energía térmica (o calorífica) es que puede
transmitirse de un cuerpo a otro por radiación,
conducción o convección.

20. Energía luminosa
 En fotometría la energía lumínica es la fracción
percibida de la energía transportada por la luz y que se
manifiesta sobre la materia de distintas maneras.

21. Energía eléctrica
 Se denomina energía eléctrica a la forma de energía
que resulta de la existencia de una diferencia de
potencial entre dos puntos, lo que permite establecer
una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone
en contacto por medio de un conductor eléctrico.

22. Energía química
 La Energía química es la que se produce en las
reacciones químicas. Una pila o una batería poseen
este tipo de energía.

23. Energía magnética
 El magnetismo o energía magnética es un fenómeno
físico por el cual los objetos ejercen fuerzas de
atracción o repulsión sobre otros materiales.

24. Transformación de la energía
 Proceso de cambiar energía de una forma a otra.
Ejemplos: energía química en energía mecánica,
energía mecánica en energía eléctrica, energía térmica
en energía mecánica.

25. ¿Qué es la Temperatura?
 La temperatura nos indica cuán frío o caliente se encuentra un cuerpo, y
por lo tanto, si un cuerpo está más frío que otro decimos que el primero se
encuentra a menor temperatura. Sin embargo, los conceptos de frío y
caliente muchas veces son subjetivos.
 Lo que tú sientes al tocar un cuerpo es la vibración o agitación de las
partículas que lo forman. A mayor temperatura, hay mayor agitación de las
partículas.
Al tocar la mesa y la madera. ¿qué percibes con mayor o menor temperatura?

26. Formalización
 Temperatura: medida de la energía cinética molecular
interna media de un cuerpo o una sustancia.
 La temperatura se relaciona con la actividad cinética de las
moléculas, por lo tanto a mayor sea la temperatura del agua-
menor será el movimeinto de las moléculas de agua y por el
contrario, mientras mayor sea la temperatura del agua-mayor
será dicho movimiento de las moléculas de la misma agua
dentro del vaso.

27. ¿Qué ocurre con un cuerpo cuando aumentamos
o disminuimos su temperatura?
¿Qué otro fenómeno además de la Energía Cinética ocurre
cuando aumentamos o disminuimos la temperatura de un
cuerpo?

28. Formalización:
“Dilatación térmica”
 Al aumentar la temperatura de un cuerpo, éste tiende a tener un cierto
comportamiento…
Los termómetros con los cuales medimos la temperatura
poseen un líquido, este líquido se conoce con el nombre de
MERCURIO en estado líquido.
Al aumentar la temperatura del cuerpo que está midiendo el
termómetro, el mercurio se DILATA, es decir, aumenta su
volumen.
¿Cómo explicarías lo que ocurre en la animación?

29. ¿Qué es la Dilatación térmica?
 Es el aumento de tamaño de algún cuerpo o material en estado sólido,
líquido o gaseoso por efecto del aumento de la temperatura de este
cuerpo o material a través de algún proceso interno o externo.
 Existen 3 tipos de dilatación:
a) Dilatación Lineal.
b) Dilatación Superficial.
c) Dilatación Volumétrica.

30. Dilatación Lineal• En la dilatación lineal, consideraremos solamente una dimensión de
variación (el largo) producto del aumento de la temperatura.

31.  La variación de longitud no es igual para cada material, debido a la
diferencia en sus estructuras moleculares. Cada material se caracteriza por
lo que se denomina “coeficiente de dilatación lineal” (α).
Dilatación Lineal
Dilatación de un material en estado líquido

33. Dilatación superficial
• Si ahora tenemos una lámina, debemos considerar que la variación de la
longitud es en todas direcciones a lo largo de su superficie. Por lo tanto,
estamos hablando de una variación de área o de superficie.
• La siguiente ecuación modela dicha variación:

34. Dilatación volumétrica
• Si ahora tenemos un volumen en el espacio, tendremos tres
dimensiones de dilatación, por lo que, al igual que lo anterior,
la ecuación para esta variación de volumen está dada
por:umen está dada por:

35.  En Resumen…

36. La temperatura
Es una magnitud referida a las nociones comunes
de calor medible mediante un termómetro. En física, se define
como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de
un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la
termodinámica.

37. Más específicamente, está relacionada directamente con
la parte de la energía interna conocida como «energía
cinética», que es la energía asociada a los movimientos
de las partículas del sistema, sea en un sentido rotacional,
o en forma de vibraciones. A medida que sea mayor la
energía cinética de un sistema, se observa que este se
encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es
mayor.
La temperatura de un gas ideal monoatómico es una
medida relacionada con la energía cinética promedio de
sus moléculas al moverse.

38. En esta animación, se muestra a escala la relación
entre el tamaño de los átomos de helio respecto a su
espaciado bajo una presión de 1950 atmósferas. Estos
átomos, a temperatura ambiente, muestran una
velocidad media que en esta animación se ha reducido
dos billones de veces.

39. La temperatura en los gases
Para un gas ideal, la teoría cinética de gases
utiliza mecánica estadística para relacionar la
temperatura con el promedio de la energía total de
los átomos en el sistema. Este promedio de la
energía es independiente de la masa de las
partículas, lo cual podría parecer contra intuitivo para
muchos. El promedio de la energía está relacionado
exclusivamente con la temperatura del sistema, sin
embargo, cada partícula tiene su propia energía la
cual puede o no corresponder con el promedio; la
distribución de la energía, (y por lo tanto de las
velocidades de las partículas) está dada por
la distribución de Maxwell-Boltzmann.

40. Se comparan las
escalas Celsius y Kelvin mostrando
los puntos de referencia anteriores
a 1954 y los posteriores para
mostrar cómo ambas convenciones
coinciden. De
color negro aparecen el punto
triple del agua (0,01 °C, 273,16 K) y
el cero absoluto (-273,15 °C, 0 K).
De color gris los puntos de
congelamiento (0,00 °C, 273,15 K)
y ebullición del agua (100 °C,
373,15 K).

41. Es importante destacar que la sensación térmica es
algo distinto de la temperatura tal como se define en
termodinámica. La sensación térmica es el resultado de
la forma en que la piel percibe la temperatura de los
objetos y/o de su entorno, la cual no refleja fielmente la
temperatura real de dichos objetos y/o entorno. La
sensación térmica es un poco compleja de medir por
distintos motivos:

42. •El cuerpo humano regula su temperatura para mantenerla
aproximadamente constante (alrededor de 36,5 °C).
•El cuerpo humano produce calor constantemente, que es
producto de la digestión de los alimentos que ingiere. Ese
calor sirve para mantener la temperatura antes dicha, y
para ello debe disipar el sobrante en el ambiente.
• Si las condiciones del entorno hacen que las pérdidas
sean iguales a la producción el cuerpo siente
bienestar térmico.
• Si las condiciones del entorno hacen que las pérdidas
de calor superen a la producción, el cuerpo siente frío.
• Si las condiciones impiden que el calor sobrante se
disipe, el cuerpo siente calor.

43. •Las pérdidas o ganancias dependen de varios factores,
no solo de la temperatura seca del aire. Se produce
intercambio por convección. El aire en contacto con la
piel, se calienta y asciende, siendo sustituido por aire
más fresco, que a su vez se calienta. Si el aire es más
caliente ocurre al revés.
•Por transmisión. La piel en contacto con cuerpos más
fríos, cede calor. Si son más calientes, recibe calor.

44. •Por radiación. La piel intercambia calor por radiación
con el entorno: si la temperatura radiante media del
entorno es más fría que la de la piel, se enfría, si es al
contrario, se calienta.
•Por evapotranspiración. Al evaporarse el sudor o la
humedad de la piel o de las mucosas, se produce una
pérdida de calor siempre, debida al calor latente de
evaporación del agua

45. Convección
La convección es una de las tres formas de transferencia
de calor. Se caracteriza porque se produce por medio de
un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre
zonas con diferentes temperaturas. La convección se
produce únicamente por medio de materiales, la
evaporación del agua o fluidos. La convección en sí, es el
transporte de calor por medio del movimiento del fluido.
Por ejemplo, al trasegar mediante bombas o al calentar
agua en una cacerola: el agua en contacto con la base de
la cacerola asciende, mientras que el agua de la
superficie, desciende, ocupando el lugar que dejó la
caliente.

46. Movimiento por convección.

47. La transferencia de calor implica el transporte de calor en un
volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de
porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Incluye
también el intercambio de energía entre una
superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba,
un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección
mecánica, forzada o asistida)

48. En la transferencia de calor libre o natural, un fluido es
más caliente o más frío. En contacto con una superficie
sólida, causa una circulación debido a las diferencias de
densidades que resultan del gradiente de temperaturas
en el fluido.
La transferencia de calor por convección se expresa con
la Ley del enfriamiento de Newton
Convección aire en un hornillo

49. La convección en la atmósfera
Terrestre involucra la transferencia de enormes cantidades
del calor absorbido por el agua. Forma nubes de gran
desarrollo vertical (por ejemplo, cúmulos congestus y,
sobre todo, cumulonimbos, que son los tipos de nubes que
alcanzan mayor desarrollo vertical). Estas nubes son las
típicas portadoras de tormentas eléctricas y de grandes
precipitaciones. Al alcanzar una altura muy grande (por
ejemplo, unos 12 ó 14 km) y enfriarse violentamente,
pueden producir tormentas de granizo, ya que las gotas de
lluvia se van congelando al ascender violentamente y
luego se precipitan al suelo ya en estado sólido. Pueden
tener forma de un hongo asimétrico de gran tamaño; y a
veces se forma en este tipo de nubes una estela que
semeja una especie de yunque

50. Un intercambiador de calor
Es un dispositivo construido para intercambiar eficientemente el
calor de un fluido a otro, tanto si los fluidos están separados por
una pared sólida para prevenir su mezcla, como si están en
contacto directo. Los cambiadores de calor son muy usados
en refrigeración, acondicionamiento de
aire, calefacción, producción de energía, y procesamiento
químico. Un ejemplo básico de un cambiador de calor es el
radiador de un coche, en el que el líquido de radiador caliente es
enfriado por el flujo de aire sobre la superficie del radiador.

51. Temperaturas más comunes
°C °F Descripción
100 212 El agua hierve
40 104 Un baño caliente
37 98.6 Temperatura corporal
30 86 Tiempo de playa
21 70 Temperatura en una habitación
10 50 Día fresco
0 32 Punto de congelación del agua
-18 0 Día muy frío
-40 -40
Día extremadamente frío (¡y el
mismo número en las dos
escalas!)